Тепловой аккумулятор схема подключения: Схема подключения теплоаккумулятора — особенности и задачи. Пример типовой схемы подключения буферной емкости

Тепловой аккумулятор для отопления своими руками, схема подключения аккумулятора тепла > Домашнее инженерное оборудование

Во время обогрева дома нередко случается, что в дневное время суток есть возможность выpaбатывать тепло с излишком, а в ночное его не хватает. Бывает и прямо противоположная ситуация, при которой выгоднее пользоваться отоплением ночью. Подобные моменты поможет сгладить тепловой аккумулятор для отопления. Но надо знать, как его правильно подобрать, установить и подключить к системе. Подробную информацию по этой теме вы сможете почерпнуть из данной статьи.

Когда нужен аккумулятор тепла

Этот нехитрый элемент отопительной системы в виде утепленного резервуара с водой рекомендуется устанавливать в таких случаях:

• для максимально эффективной работы твердотопливного котла;
• совместно с электрическим генератором тепла, функционирующим по сниженному ночному тарифу.

Для справки. Также существуют водяные аккумуляторы тепла для теплиц, применяемые для сохранения солнечной энергии, полученной в течение дня.

Эксплуатация котлов на твердом топливе имеет свои особенности. Теплогенератор действует с высоким КПД только при работе на максимальных режимах, если перекрывать ему воздух для понижения температуры в топке, то и эффективность работы тоже снижается. Немало забот домовладельцу доставляет и периодичность топки, дрова прогорели – надо загружать новые, делать это среди ночи крайне неудобно. Выход прост: нужен бак-аккумулятор, накапливающий сгенерированное ранее тепло для использования его после прогорания дров в топливнике.

Противоположная ситуация возникает с котлом электрическим, подключенным к сети через многотарифный счетчик. Чтобы сэкономить, нужно получить максимум тепла ночью, когда тариф низкий, а днем электроэнергию не использовать. И здесь тепловой аккумулятор в системе отопления позволит организовать оптимальный график работы источника тепла, выдавая в систему горячую воду, пока теплогенератор бездействует.

Важно. Для совместной работы с тепловым аккумулятором котел должен иметь не менее чем полуторный запас по тепловой мощности. Иначе он не сможет одновременно прогревать воду в отопительной системе и накопительной емкости.

Похожая ситуация с излишками тепла возникает в теплицах, в дневное время их даже проветривают. С целью накопления солнечной энергии для использования ночью можно использовать простейший аккумулятор тепла Лежебока для обогрева грунта. Это черный полимерный рукав, наполненный водой и проложенный прямо по грядке, он не дает грунту остывать в ночное время. Для поглощения большего количества тепла внутри теплицы размещают бочки с водой, окрашенные в черный цвет.

Расчет теплового аккумулятора

Емкость для накопления тепловой энергии можно как приобрести в готовом виде, так и сделать самостоятельно. Но возникает закономерный вопрос: а какой вместительности должен быть резервуар? Ведь маленький бак не даст должного эффекта, а слишком большой влетит в копеечку. Ответ на этот вопрос поможет найти расчет теплового аккумулятора, но сначала надо определить исходные параметры для вычислений:

• тепловые потери дома или его квадратура;
• длительность бездействия основного источника тепла.

Определим вместительность аккумулирующей емкости на примере стандартного дома площадью 100 м2, для обогрева которого требуется количество тепла в размере 10 кВт. Предположим, что чистое время простоя котла составляет 6 часов, средняя температура теплоносителя в системе – 60 °С. По логике, в промежуток времени, пока отопительный агрегат бездействует, аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт каждый час, всего выходит 10 х 6 = 60 кВт. Это количество энергии, что следует накопить.

Поскольку температура в баке должна быть как можно выше, для вычислений примем значение 90 °С, на большее бытовые котлы все равно неспособны. Потребная емкость теплового аккумулятора, выраженная в массе воды, рассчитывается так:

• m = Q / 0.0012 Δt

В этой формуле:

• Q – количество накапливаемой тепловой энергии, у нас это 60 кВт;
• 0.0012 кВт / кг ºС – это удельная теплоемкость воды, в более привычных единицах измерения — 4.187 кДж / кг ºС;
• Δt – разница между максимальной температурой теплоносителя в резервуаре и отопительной системе, ºС.

Итак, водяной аккумулятор должен вмещать 60 / 0.0012 (90 – 60) = 1667 кг воды, по объему это примерно 1.7 м3. Но тут есть один момент: расчет производится при самой низкой температуре на улице, что бывает нечасто, исключая северные регионы. Кроме того, по истечении 6 часов вода в баке остынет только до 60 ºС, значит, при отсутствии холодов аккумулятор можно «разряжать» и дальше, пока температура не упадет до 40 ºС. Отсюда вывод: для дома площадью 100 м2 хватит накопительной емкости объемом 1.5 м3, если котел будет бездействовать 6 часов.

Рекомендации по изготовлению

Из предыдущего раздела следует, что обычной бочкой на 200 л отделаться не удастся, разве только ее вместительность — не менее полкуба. Этого хватит для домика площадью 30 м2, и то ненадолго. Чтобы не тратить время и силы впустую, надо в

С точки зрения размещения в котельной лучше делать емкость прямоугольной формы. Размеры – произвольные, главное, чтобы их произведение равнялось расчетному объему. Идеальный вариант – бак из нержавейки, но подойдет и обычный металл.

Вверху и внизу тепловой аккумулятор, сделанный своими руками, нужно снабдить патрубками для присоединения к системе. Чтобы давлением воды стальные стенки не выпирало наружу, конструкцию необходимо ужесточить ребрами или перемычками.

Бак–аккумулятор нужно хорошенько утеплить, в том числе снизу. Для этой цели подойдет пенопласт плотностью 15—25 кг/м3 либо минеральная вата в плитах не менее 105 кг/м3 плотности. Оптимальная толщина теплоизоляционного слоя – 100 мм. Получившийся аппарат, наполненный теплоносителем, будет иметь приличный вес, так что для его монтажа потребуется фундамент.

Совет. Если требуется емкость для самотечной отопительной системы, то ее следует установить своими руками на металлическую подставку, не забыв утеплить нижнюю часть. Цель – поднять резервуар выше уровня батарей.

Схема подключения

После установки резервуара на место надо его правильно присоединить к сети трубопроводов. Наиболее популярна стандартная схема подключения теплового аккумулятора, показанная на рисунке:

Для ее реализации понадобится 2 циркуляционных насоса и столько же трехходовых клапанов. Насосы обеспечивают циркуляцию в раздельных контурах, а клапаны – необходимую температуру. В котловом контуре она не должна опускаться ниже 55 ºС, дабы избежать появления конденсата в твердотопливном котле, этим и занимается клапан в левой части схемы.

Теплоноситель в трубопроводах отопления нагревается в зависимости от потребности в тепле, а потому подключение теплового аккумулятора с другой стороны осуществляется также через смесительный узел. Клапан может управлять температурой воды в автоматическом режиме, ориентируясь на датчик или с помощью терморегулятора. Одна из схем системы отопления с аккумулятором тепла (буферной емкостью) представлена на видео.

Заключение

Емкость, аккумулирующая тепло, может заметно облегчить жизнь владельцам твердотопливных котлов. Им не придется беспокоиться о загрузке топлива в ночное время, а это большой плюс.

Да и сам теплогенератор станет работать в экономичном режиме, развивая наибольший КПД. Что касается котлов электрических, то тут выгода при установке накопителя очевидна.



Газовый котел с бойлером косвенного нагрева: конструкция и схема подключения

Современный газовый котел с бойлером как альтернатива двухконтурным отопительным установкам. Описание изделий и их конструкций, особенности подключения внешнего накопительного бака для ГВС….

02 10 2022 21:18:54

Самодельный измельчитель веток своими руками: чертежи дробилки древесины

Как можно сделать измельчитель веток своими руками. Виды дробилок, их принцип работы. Рекомендации по изготовлению….

01 10 2022 3:14:14

Утепление стен из пеноблоков снаружи под сайдинг: правильная технология теплоизоляции и отделка фасада пенобетонного дома изнутри

Статья о том, как произвести утепление стен из пеноблоков снаружи под сайдинг, а также технология теплоизоляции фасада и правильная отделка пенобетонного дома внутри (изнутри). …

30 09 2022 20:18:16

Блок-хаус или имитация бруса: что лучше и в чем отличия двух материалов

В этой статье мы поговорим о блок-хаусе и имитации бруса, ответим на главный вопрос — что лучше и какой материал выбрать? Поговорим о особенностях профилированного бруса из бревна, также о имитаторе блок-хауса из дерева (т.н. вагонка) и многом другом….

29 09 2022 18:14:58

Стальные радиаторы отопления: технические хаpaктеристики

Конструктивные особенности и технические хаpaктеристики стальных панельных радиаторов, определяющие их подбор. Как правильно выбрать батарею по мощности и давлению….

28 09 2022 17:18:39

Дизельный генератор 10 кВт: ТОП-10 лучших моделей в том числе трехфазных и с автозапуском, обзор параметров и хаpaктеристик

Из данной статьи вы узнаете о дизельном генераторе 10 кВт и ознакомитесь с техническими хаpaктеристиками трехфазных устройств и с автозапуском. Обзор ТОП-10 моделей и принцип действия, а также на что обратить внимание при выборе….

27 09 2022 11:36:42

Цокольный сайдинг под кирпич: описание, технические хаpaктеристики, виды, а так же подробный монтаж

В данной статье вы узнаете что представляет из себя цокольный сайдинг под кирпич, узнаете о его плюсах и минусах, о его технических хаpaктеристиках, видах, фирмах-производителях, а так же мы расскажем вам как производится его монтаж….

26 09 2022 13:22:32

Печи для бани Везувий — обзор моделей Скиф, Русич, Легенда, Лава, Оптимум, Премиум, Вертикаль, Русский пар

Стальные и чугунные банные печи Везувий – обзор модельного ряда. Особенности конструкции, основные технические хаpaктеристики….

25 09 2022 21:35:53

Свечной камин своими руками в интерьере

Из каких материалов можно сделать свечной камин своими руками. Рекомендации по подготовке и изготовлению каминного портала из гипсокартона. …

24 09 2022 17:11:56

Фасадная краска Церезит (Ceresit) для наружных работ: плюсы и минусы, цвета, технические хаpaктеристики и технология окраски

В этой статье мы поговорим о фасадной краске Церезит для наружных работ, а именно о ее достоинствах и недостатках, видах, цветах, технических хаpaктеристиках Ceresit и многом другом….

23 09 2022 7:33:21

Уклон плоской кровли: минимальная раузклонка кровли в процентах, с технониколью по СНиП

В данной статье вы узнаете каков должен быть минимальный уклон плоской кровли, какая правильная разуклонка с материалом технониколь по С Ни П….

22 09 2022 23:44:24

Универсальный котел для отопления частного дома

Универсальный котел позволяет использовать несколько видов топлива, что может оказаться весьма выгодной опцией при доступности нескольких энергоносителей….

21 09 2022 4:58:27

Выбираем газовый счетчик Гранд: особенности, технические хаpaктеристики

Обзор газовых счетчиков Гранд 1,6, 4, 6. Особенности, технические хаpaктеристики, Преимущества и недостатки моделей Гранд. Счетчик газа Гранд для квартиры и дома…

20 09 2022 10:10:26

Эмаль ПФ-115: плюсы и минусы, технические хаpaктеристики, состав, сфера применения и как правильно наносить

Все о эмали ПФ-155 — достоинства и недостатки, подробные технические хаpaктеристики, состав краски и сфера применения (для дерева, металла, штукатурки и т.д). Как правильно наносить и популярные производители….

19 09 2022 11:33:42

Ленточный фундамент из блоков ФБС: как производится монтаж сборного железобетонного типа, а так же его плюсы и минусы

В данной статье вы узнаете о плюсах и минусах ленточного фундамента из блоков ФБС, узнаете как производится монтаж сборного железобетонного типа, а так же мы расскажем вам каким требованиям они должны отвечать….

18 09 2022 12:51:15

Декоративный портал для камина своими руками из гипсокартона, дерева, полиуретана, камня

Из каких материалов и как можно сделать портал для камина.

Перечень подходящих материалов, их преимущества и недостатки….

17 09 2022 12:23:35

Котел на солярке для отопления дома, печь на солярке своими руками

Советы, как правильно подобрать котел на солярке по мощности и другим критериям. Плюсы и минусы дизельных теплогенераторов, рекомендации…

16 09 2022 14:18:58

Регистры отопления из гладких труб своими руками

Что собой представляют регистры отопления из гладких труб: виды, устройство. Позитивные и негативные стороны, рекомендации по изготовлению и монтажу….

15 09 2022 21:26:46

Принцип работы пиролизного котла — описание технологического процесса

Принципиальная схема работы пиролизного котла, устройство, настройка, подробная видео-инструкция и фото….

14 09 2022 20:43:45

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн: как рассчитать допустимую снеговую и ветровую нагрузку, вес снега на квадратный метр

В этой статье вы узнаете, как произвести расчет снеговой нагрузки на кровлю с помощью онлайн калькулятора, а также научимся рассчитывать допустимую снеговую и ветровую нагрузку на кровельное покрытие. Еще вы узнаете вес снега на квадратный метр кровли в зависимости от региона….

13 09 2022 10:25:30

ТОП-10 лучших бензиновых самоходных снегоуборщиков для дачи: рейтинг 2019 года, технические хаpaктеристики, плюсы и минусы

Из статьи вы узнаете о бензиновых самоходных снегоуборщиках для загородного дома и дачи и ознакомитесь с их техническими хаpaктеристиками, а также какой из них самый лучший. ТОП-10 моделей с описанием отличительных особенностей и как выбрать машину….

12 09 2022 19:39:14

Двухскатная крыша своими руками: как сделать мауэрлат мансардной крыши, устройство кровли + фото чертежей

В данной статье вы узнаете как сделать двухскатную крышу своими руками, как правильно построить двускатную крышу, а так же вы узнаете что такое мауэрлат, в чем отличие конструкции мансарды от нежилой крыши, увидите пошаговую инструкцию по постройке, конструкцию крыши, фото и чертежи….

11 09 2022 9:36:42

Чем хороша декоративная штукатурка Короед: технология нанесения, расход

Декоративная штукатурка Короед для внутренней отделки стен. Технология нанесения штукатурки. Фото в интерьере и видео. Расход штукатурки на 1 м2 и цена….

10 09 2022 4:28:35

ТОП-12 лучших накопительных электрических водонагревателей (бойлер) 100 литров: рейтинг 2019 года и правильный выбор плоских моделей

Из данной статьи вы узнаете о лучших накопительных электрических водонагревателях (бойлер) 100 литров и ознакомитесь с популярными производителями, а также как выбрать плоский ил горизонтальный прибор. Обзор ТОП-12 моделей с описанием достоинств и недостатков….

09 09 2022 20:52:31

ТОП-20 лучших моек высокого давления и какую выбрать: рейтинг 2019 года по популярности и надежности, а также отзывы покупателей

Из данной статьи вы узнаете о мойках высокого давления и какую выбрать для дома и автомобиля. Обзор ТОП-20 моделей рейтинг популярности и надежности и какая самая лучшая и недорогая с забором воды, а также отзывы покупателей….

08 09 2022 14:17:31

ТОП-10 лучших газовых двухконтурных котлов: рейтинг 2019г самых надежных для частных домов и отзывы владельцев

В данной статье вы узнаете о ТОП-10 лучших газовых двухконтурных настенных котлов, а так же мы предоставим вам рейтинг 2019г самых надежных экземпляров для частных домов и отзывы владельцев. …

07 09 2022 23:33:15

Минимальный угол наклона крыши из мягкой кровли: выбор уклона для гибкой и битумной черепицы

Какой минимальный угол наклона крыши из мягкой кровли? В этой статье вы узнаете, как выбрать уклон кровли для гибкой и битумной черепицы, как рассчитать наклон кровли по специальной технологии….

06 09 2022 12:28:44

Армирование ленточного фундамента шириной 60, 50, 40, 30, 25 см своими руками + фото чертежей и видео монтажа

В данной статье вы узнаете, как правильно производить армирование ленточного фундамента шириной 60 см, 50 см, 40 см, 25 см своими руками стеклопластиковой арматурой + расчет шага хомутов, а так же предоставим вам фото чертежей и видео монтажа углов и всего каркаса конструкции….

05 09 2022 20:17:23

Промышленные котлы для отопления предприятий, промышленное отопление

Отопительные системы производственных зданий и промышленные котлы, что в них используются. Виды котлов для обогрева цехов разных предприятий….

04 09 2022 22:42:47

Обзор газовых колонок Bosch: отзывы, модельный ряд, инструкция по эксплуатации

Чем хороши газовые колонки Бош? Обзор популярных моделей, преимущества и недостатки. Устройство, технические хаpaктеристики. Неисправности и методы их устранения….

03 09 2022 9:55:12

Установка радиатора отопления в квартире

Радиаторы отопления — это стационарные отопительные конструкции, которые подключены к централизованным или же автономным системам отопления ……

02 09 2022 10:13:51

ТОП-10 лучших перфораторов Интерскол: рейтинг 2019 года, хаpaктеристики аккумуляторных устройств и технические параметры, отзывы

Из данной статьи вы узнаете о лучших перфораторах Интерскол и как выбрать прибор, а также ознакомитесь с техническими хаpaктеристиками аккумуляторных устройств. Обзор ТОП-10 моделей и отзывы покупателей. …

01 09 2022 3:27:16

Схема отопления двухэтажного дома с естественной и принудительной циркуляцией

Какая схема отопления двухэтажного дома лучше. Виды систем, их преимущества и недостатки. Рекомендации по выбору схемы в зависимости от индивидуальных условий….

31 08 2022 20:14:30

ТОП-10 лучших печей-каминов для дома на дровах: рейтинг 2019 года угловых и кирпичных моделей, а также хаpaктеристики

Из данной статьи вы узнаете о лучших печах-каминах для дома на дровах и ознакомитесь как выбрать угловую и кирпичную и модель. Обзор ТОП-10 устройств, их хаpaктеристики и принцип действия….

30 08 2022 11:55:38

Расчет платы за отопление в квартире, оплата отопления летом

Как начисляется оплата за отопление при наличии или отсутствии общедомового счетчика тепловой энергии. Как происходит начисление в летний период….

29 08 2022 12:19:42

Напольные газовые котлы Viessmann: достоинства и недостатки, инструкция по эксплуатации, а так же отзывы владельцев

В данной статье вы узнаете, что из себя представляют напольные газовые котлы Viessmann, мы предоставим вам их технические хаpaктеристики, инструкцию по эксплуатации, а так же вы сможете ознакомиться с отзывами владельцев и диапазоном цен. …

28 08 2022 22:12:27

Как прочистить канализационную трубу своими руками: разбираем основные методы

Ваши канализационные трубы засорились от остатков, волос или других отходов? Не спешите звонить сантехнику. Если у Вас есть минимальный набор нужных орудий, то можно с легкостью прочистить канализационную трубу самостоятельно……

27 08 2022 8:21:14

Боринские газовые котлы отопления: инструкция, автоматика, неисправности

Обзор напольных газовых котлов Борино. Технические хаpaктеристики, устройство, автоматика Сигнал, САБК, Eurosit. Модели: АОГВ, АКГВ, ИШМА. Неисправности и способы их устранения….

26 08 2022 5:25:22

Свайно-ростверковый фундамент своими руками: пошаговая инструкция по монтажу, устройство, технология, необходимая высота ростверка

В данной статье вы ознакомитесь со свайно-ростверковым фундаментом: его устройством, используемыми технологиями при изготовлении основания, необходимой высотой установки и армированием. Также мы предоставим вам пошаговую инструкцию по монтажу….

25 08 2022 1:40:58

Утепление крыши дома своими руками: технология утепления кровли

Какими видами материалов можно выполнить утепление крыши. Расчет толщины тепловой изоляции. Как утеплить плоскую и скатную крышу минватой и пенопластом….

24 08 2022 17:41:39

Цокольный сайдинг Доломит: описание, виды, технические хаpaктеристики и подробный монтаж

В данной статье вы узнаете, какие плюсы и минусы имеет цокольный сайдинг Доломит, каких видов он бывает, какие технические хаpaктеристики он имеет, а так же расскажем вам о подробном монтаже данного вида сайдинга….

23 08 2022 21:30:37

Тепловой насос своими руками для отопления дома: схемы вода-вода, воздух-воздух, тепловые насосы из кондиционера и холодильника

Как устроен и функционирует тепловой насос для отопления дома. Виды насосов, рекомендации по самостоятельному изготовлению. …

22 08 2022 9:35:19

Водонагреватели накопительные Аристон 30, 50, 80, 100 литров: отзывы, хаpaктеристики

Обзор моделей электрических водонагревателей Аристон: отзывы, устройство, размеры. Плоские и круглые водонагреватели Ariston на 30, 50, 80, 100 литров. Инструкция….

21 08 2022 0:21:35

Твердотопливные отопительные котлы с водяным контуром

Обзор и описание бытовых отопительных котлов с водяным контуром для отопления загородного дома….

20 08 2022 1:20:44

Что лучше для посудомойки — порошок или таблетки: сравнительный обзор

Рекомендации по выбору, что лучше для посудомойки: порошок или таблетки. Преимущества и недостатки различных видов моющих средств для ПММ. Чем отличается экологически безопасная продукция. Советы по правильному применению таблеток и порошков. ТОП-5 моющих средств…

19 08 2022 2:16:21

Мягкая кровля Технониколь: технология монтажа гибкой черепицы и устройство конькового аэратора

Эта статья о мягкой кровли Технониколь, в которой мы расскажем все о устройстве и технологии монтажа данного вида гибкой черепицы. Рассмотрим инструкцию по установке подкладочного ковра, кровельного аэратора и других доборных элементов….

18 08 2022 10:10:31

Оголовок трубы дымохода и вентиляционной системы: изготовление и монтаж печного (дымового) колпака

В этой статье мы поговорим о оголовке печной и вентиляционной трубы, а именно о изготовлении и монтаже дымового колпака дымохода + подробные фото…

17 08 2022 2:21:57

Печь на отработанном масле своими руками: схема, устройство, чертежи масляной печки

Что такое печь на отработанном масле, ее устройство и принцип действия. Простая гаражная печка и мощный масляный отопитель с наддувом. Рекомендации по изготовлению….

16 08 2022 12:24:19

Твердотопливный котел Zota: ТОП-7 лучших моделей рейтинг 2019 года, технические хаpaктеристики, плюсы и минусы, отзывы

Из данной статьи вы узнаете о твердотопливном котле Zota и ознакомитесь с его техническими хаpaктеристиками. Обзор ТОП-7 лучших устройств длительного горения с описанием отличительных особенностей и отзывы покупателей….

15 08 2022 10:27:31

Трубы ПНД для водопровода и канализации: технические хаpaктеристики, свойства, цена за метр

Обзор труб ПНД для водопровода: свойства, размеры, диаметр, цена. Преимущества и недостатки труб из полиэтилена низкого давления. Технические хаpaктеристики и марки….

14 08 2022 1:16:46

Еще:
Оборудование -1 :: Оборудование -2 :: Оборудование -3 :: Оборудование -4 :: Оборудование -5 ::

Схема подключения твердотопливного котла с теплоаккумулятором при монтаже своими руками, накопительного водонагревателя на даче,размеры котельной,теплоаккумулятор, отопление с теплоаккумулятором в частном доме.

Теплое, уютное и красивое жилище — мечта каждого владельца частного дома. Отопление в нем играет не последнюю роль. Поэтому выбор надежного, удобного в использовании и с оптимальной ценой отопительного прибора — очень важная задача.

В настоящее время, когда цены на газ, его установку, подключение и обслуживание все время увеличиваются, многие обращают свое внимание на котлы на твердом топливе. Тем более что с приобретением топлива пока, по крайней мере, проблем нет. И наша промышленность радует большим выбором современных усовершенствованных твердотопливных котлов с теплоаккумулятором : пиролизных и пеллетных.

Что такое теплоаккумулятор

Содержание статьи

• 1 Что такое теплоаккумулятор
  • 1.1 Для чего нужен
  • 1.2 Принцип работы
  • 1.3 Преимущества использования
  • 1.4 Недостатки
• 2 Когда нужно ставить
• 3 Расчет теплоаккумулятора
• 4 Нюансы монтажа
  • 4.1 Схемы подключения к твердотопливному котлу
  • 4.2 Схема подключения к электрокотлу
• 5 Видео

Но при эксплуатации агрегата на твердом топливе придется столкнуться с проблемой неоднородности получения тепловой энергии. Пока котел работает — дома тепло или даже жарко. Закончилось топливо – в доме становится холодно. Половина полученного тепла уходит в атмосферу, да и подкладывать дрова приходится часто. Поэтому задумались о том, чтобы сохранять избыточное тепло, а потом потихоньку отдавать его в систему отопления.

Эту проблему и решают, когда начинают эксплуатировать твердотопливный котел с теплоаккумулятором.

В странах Европы запрещено применение агрегатов тепловой энергии без буферной емкости, чтобы не было выбросов угарного газа в атмосферу.

Теплоаккумулятор — это емкость, чаще всего круглая цилиндрическая, наполненная водой, в зависимости от предназначения бывает разных модификаций.

В производственный вариант входят:

• основной корпус, который изготавливается из различных сплавов стали или из нержавейки;
• слой изоляции из базальтовой или минеральной ваты или пенополиуретана толщиной не менее 50 мм;
• наружная обшивка изготавливается или из окрашенного тонкого листового металла, или из чехла из полимерного материала;
• в основную емкость врезают патрубки для подвода и отвода теплоносителя;
• в более дорогих моделях внутри устанавливают змеевик для подогрева воды;
• термометр и манометр служат для контроля за температурой и давлением.

Иногда в тепловой аккумулятор встраивают блок электрических тенов с датчиками и подсоединяют солнечные батареи — это создает дополнительный комфорт при его использовании.

Цены на эти варианты высокие, поэтому народные умельцы чаще всего изготавливают буферные емкости своими руками.

Для чего нужен

Спектр применения аккумулятора тепловой энергии очень широк и определяется согласно модификации и применяемого вместе с ним оборудования.

Самое главное его предназначение:

• накопить как можно больше тепла, а потом, когда закончится топливо в основном теплогенераторе, отдать его в систему отопления;
• предотвращать резкие перепады температуры в системе, тем самым не допускать появления конденсата в котле.

Более современные и дорогие позволяют создать больший комфорт и больше возможностей:

• горячее водоснабжение в доме;
• использовать его вместо электрокотла, если установить в него электрические нагреватели.

Принцип работы

Перед первым использованием рекомендуется изучить схему работы котла и емкости.

Система работает так:

1. Затопили котел.
2. Нагретая вода попадает в теплогенератор, как бы заряжает его.
3. Циркуляционный насос, установленный за емкостью, по трубопроводу, вмонтированному в верхнюю ее часть, доставляет теплоноситель к трубам отопления.
4. Возвращаясь, остывшая вода поступает в нижнюю часть теплогенератора.
5. Затем она поступает в котел.
6. Закончилось топливо — потух котел.
7. В работу вступает теплогенератор: при помощи циркуляционного насоса из верхней горячей зоны постепенно разносит сохраненное тепло по трубам и радиаторам.

Второй насос снабжают комнатным датчиком температуры, который при необходимости может отключить его, если температура превысит установленную для него температуру. Тогда котел будет нагревать только теплоаккумулятор. При понижении температуры воздуха в комнатах, включается насос, и вода снова будет нагревать батареи.

Преимущества использования

Применение аккумулятора тепловой энергии позволяет хозяину домовладения удовлетворить все его запросы.

Достоинства системы:

• тепловой агрегат используется на полную мощность, происходит почти полное сгорание топлива;
• следствие этого: высокий кпд (коэффициент полезного действия) — при наименьшем количестве сгораемого топлива получаем больше калорий тепла;
• экономия на приобретении топлива;
• не происходит резких скачков температуры, оборудование не подвергается коррозии, поэтому дольше служит;
• удобное использование, так как разовой загрузки топлива хватает на большой промежуток времени — не нужно подниматься среди ночи и подбрасывать топливо в котел;
• в доме комфортная обстановка, так как нет резких колебаний температур, а датчики температур могут контролировать климат в каждой комнате и отключать и выключать насос отопления по мере необходимости;
• снабжение горячей водой;
• при подключении ТЭНа — использовать вместо электрокотла;
• возможность подключения нескольких независимых друг от друга контуров: для отопления, для горячей воды и для других нужд;
• возможность подключения солнечных батарей.

Недостатки

У связки теплового нагревателя с тепловым накопителем недостатки, конечно, есть, но со временем покупатель поймет, что вложенные средства были потрачены не зря.

Минусы системы:

1. Самым значительным недостатком является высокая цена теплоаккумулятора, поэтому народные умельцы очень часто изготавливают их своими руками. При достаточном мастерстве и определенной сноровке сделать это не очень трудно.
2. Второй проблемой, с которой сталкивается владелец частного дома, является то, что необходимо проектировать котельную с учетом размера емкости, а она немаленькая. Минимальный размер теплового аккумулятора: 1 метр в высоту и диаметр 600 мм, а для двухэтажного дома он будет еще больше.
3. При покупке котла следует принимать во внимание, что мощность его должна рассчитываться не только по площади отапливаемого помещения, но и по емкости теплового генератора: то есть почти в 2 раза мощнее нужно покупать агрегат для отопления.

Когда нужно ставить

Теплогенератор — это дорогое удовольствие.

Поэтому его устанавливают в случае:

• когда имеется большая площадь дома;
• большой расход горячей воды;
• когда применяют несколько видов отопителей: газовая установка, или электрокотел, или солнечные батареи, которые входят в моду в последнее время.

Отопители комбинируют, выбирают, что и в какое время лучше использовать.

Например:

• днем — солнечные батареи, вечером — котел;
• днем — твердотопливный котел, ночью — газ.

Цены на твердотопливные котлы

твердотопливный котел

 

Расчет теплоаккумулятора

Чтобы правильно рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора лучше всего обратиться к опытному специалисту. Но в то же время есть методики для расчета, по которым можно приблизительно рассчитать емкость буферного устройства, чтобы как-то сориентироваться, какой по мощности приобретать котел, и определиться с расположением теплового накопителя и размерами котельной.

Есть два метода расчета:

• простой, основанный на практике специалистов;
• по формуле.

Исходя из многолетнего приобретенного опыта, специалисты пришли к мнению, что на 1 кВт мощности котла необходимо 25-50 литров объема теплогенератора. Истина находится где-то посередине. Поставить меньшего объема накопитель, котел будет работать с меньшим КПД, если возьмешь большего объема — дома будет холодно, так как теплонагреватель будет только аккумулировать тепло, а в системе будет его не хватать.

По формуле емкость рассчитывается так: Q = mc (T2-T1), где:

• Q — количество накопленного тепла,
• m — объем воды в емкости,
• c — удельная теплоемкость, равная 4200 Дж/(кг·К) ,
• Т2 и Т1 — показатели температур воды на входе и обратке.

Нюансы монтажа

Тепловые накопители бывают разной величины и различных конструкций.

Но при монтаже для всех категорий необходимо соблюдать они и те же требования:

• категорически запрещаются сварные соединения при монтаже теплоаккумулятора;
• монтаж осуществляется только муфтами с резьбой или фланцами;
• необходимо снабдить запорной арматурой все подходящие трубопроводы;
• на всех входящих и выходящих контурах установить термодатчики;
• подключить в систему дренажный датчик;
• «грязевики» — фильтры грубой очистки установить на всех входах в теплогенератор;
• иногда в комплектацию теплового накопителя не входит автоматический воздухоотводчик, обязательно приобрести его и установить в верхнем выходном контуре;
• группу безопасности рекомендуется устанавливать вблизи аккумулирующей емкости;
• размещать аккумулятор тепла необходимо только в отапливаемом помещении во избежание замерзания теплоносителя;
• устанавливать теплоагрегат рекомендуется на специальный фундамент;
• для соблюдения техники безопасности размещать его так, чтобы был свободный доступ ко всем входящим и выходящим контурам.

Схемы подключения к твердотопливному котлу

Рассмотрим различные методы подключения аккумулирующей емкости.

Самая простая и дешевая в изготовлении и эксплуатации схема состоит из:

• агрегата нагревания;
• простого трубопровода;
• обыкновенной буферной емкости;
• циркуляционных насосов для перемещения теплоносителя от нагревателя к потребителям тепла.

Давление во всей системе одинаковое. Такая схема подойдет для небольших домовладений.

Более рациональное использование накопленной тепловой энергии достигается при добавлении в схему отопления смесительного блока, который состоит из перемычки, которая соединяет подающий и возвратный трубопроводы и трехходового смесительного клапана с термоголовкой.

В данной системе имеется возможность контролировать и регулировать температуру теплоносителя, при этом «зарядки теплогенератора» хватает на более длительный срок.

Для снабжения жилого дома горячей водой применяют тепловые агрегаты более сложной конструкции.

В такие устройства входят:

• теплообменник, состоящий из спиралевидных трубочек из нержавеющей или гофрированной стали;
• бак для нагрева воды;
• магниевый анод, препятствующий образованию накипи на внутренних стенках бака, который периодически необходимо менять;
• тепловые электронагревательные тены;
• термометры — датчики воды.

В этом случае подающий трубопровод подсоединяют к накопителю тепла в нижнюю точку, а выход монтируют вверху.

Ранее были приведены схематические примеры отоплений.

Рассмотрим более подробно принцип работы системы отопления и ее состав:

1. Отопитель — котел твердотопливный.
2. Группа безопасности сразу над котлом, которая следит за температурой и давлением теплоносителя в системе.
3. Малый круг отопления состоит из перемычки, соединяющей подающий трубопровод и обратку, трехходового клапана, циркуляционного насоса и расширительного бака. Роль малого круга: защита теплогенератора от холодного теплоносителя и предотвращения появления конденсата в котле. В начале работы теплогенератора вода по трубам идет частично в теплогенератор и по малому кругу. Теплоноситель нагревается до 60 градусов, начинает работать клапан: он потихоньку открывается и холодная вода из обратки начинается смешиваться с горячей водой из малого контура. Как только температура достигает 60 градусов, клапан полностью перекрывает малый круг и теплоноситель идет полностью через теплогенератор.
4. Расширительный бачок забирает излишки давления из системы, а при необходимости — сбрасывает его в нее обратно.
5. За малым контуром подающий трубопровод подсоединяют в верхней точке теплогенератора, а обратка подсоединяется в нижнюю точку.
6. После бака на подающем трубопроводе снова ставят трехходовой датчик с комнатным измерителем температуры и циркуляционный насос.
7. Далее размещаются радиаторы отоплений остальных помещений.

Схема подключения к электрокотлу

Если в домовладении установлен электрический счетчик с двухфазным тарифом «день-ночь», то можно применять в качестве основного источника отопления электрокотел в тандеме с теплоаккумулятором. Только работать он будет ночью, нагревая всю систему и «заряжая» тепловую емкость до температуры 90 градусов. А днем тепловой источник начинает отдавать тепло в систему отопления. При помощи циркуляционного насоса и датчиков температур можно добиться равномерного распределения тепла по разным помещениям.

Еще один вариант применения электричества встречается при эксплуатации теплового аккумулятора: в него встраивают специальные тепловые электрические нагреватели.

Они применяются для дополнительного подогрева аккумулятора в ночное время или когда нет большой необходимости растапливать основной источник тепла. Если в конструкции ТЭНа нет термодатчика, необходимо его обязательно приобрести и установить.

В данной статье приведены основные аспекты устройства систем отопления, но при расчете и установке, если не доверяете своему умению и мастерству, обратитесь к опытным специалистам, чтобы впоследствии не попасть впросак. Все-таки отопление своего жилища — это очень ответственное дело. Отопительные котлы комбинированные дрова электричество читайте у нас на сайте.

Рекомендуем к прочтению статью «Как сделать котел на твердом топливе для частного дома своими руками: тонкости и нюансы».

Видео

В этом видеоролике опытный мастер на примере расскажет и покажет, как правильно сделать обвязку твердотопливного котла и бака-аккумулятора.

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Оцените статью:

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

1

преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления

Тепловой аккумулятор из металлической цистерны для системы отопления на базе твердотопливного котла: особенности изготовления и эксплуатации.

Как повысить эффективность работы твердотопливного котла? Сократить затраты на покупку энергоносителей? Уменьшить количество топок (количество подходов по заброске/загрузке угля или дров в котел) за сутки? Ответ — установить буферную ёмкость, т. н. теплоаккумулятор, и «зарядить» его энергией от теплогенератора — нагреть воду про запас. А потом, по мере необходимости, расходовать её для системы отопления. Теплоаккумулятор можно купить готовый — заводской, или попытаться сэкономить и сделать его своими руками. Об успешной реализации самоделки мы расскажем в этой статье.

Содержание:

• Как сделать теплоаккумулятор для твердотопливного котла из цистерны.
• Как подключить буферную ёмкость в систему отопления с твердотопливным котлом.
• Опыт использования теплоаккумулятора.

Самодельный теплоаккумулятор для ТТ котла из цистерны от пожарной машины

SjawaПользователь FORUMHOUSE

У нас дорогой газ. Поэтому, кроме газового котла на 24 кВт, которым я сейчас отапливаю дом, купил твердотопливный (ТТ) котел мощностью в 20 кВт. Отапливаемая площадь – 135 кв. м. Из неё: 110 кв. м отапливаю теплым полом и ещё 25 кв. м радиаторами. ТТ котел, после установки, окупился почти за сезон. Считаю, что установка теплоаккумулятора (ТА) повысит эффективность работы системы отопления. В межсезонье, с ТА, вообще думаю перейти только на отопление ТТ котлом и использовать газовый котел как резерв и на быстрый догрев теплоносителя. Потом планирую экономить ещё больше — поставлю гелиоколлектор, а летом буду сбрасывать с него «халявную» энергию в буферную ёмкость.

Для начала покажем схему системы отопления Sjawa.

Схема, после введения в эксплуатацию теплоаккумулятора, претерпела небольшое изменение, о чём мы расскажем ниже.

А теперь покажем, как пользователь сделал тепловой аккумулятор. Основа ТА — б/у бочка — цистерна на 1.5 куба от пожарной машины.

Проще и дешевле изготовить теплоаккумулятор из готовой ёмкости, чем самостоятельно варить бак с 0 из стали.

Важно. Если в качестве самодельной ёмкости под ТА используются бочки/цистерны от ГСМ (горюче смазочных материалов), то, во избежание несчастных случаев, т.к. пары сохраняют горючесть много лет, нужно соблюдать повышенную осторожность при работе, особенно сварке.

V757VПользователь FORUMHOUSE

Я как-то разговорился с одним бензовозчиком, и он мне рассказал, как у них, на нефтебазе, варят цистерны. Наливают в бак под завязку воду. Ставят вверху плотик с горящей свечой и медленно сливают воду. Вода постепенно вытекает, и всё, что может гореть, тихо выгорает по мере опустошения емкости.

От цистерны, размером 2 (высота) х 1.35 х 0.75 м отрезали всё лишнее.

Т.к. теплоаккумулятор ставится вертикально, чтобы наполненную водой цистерну не раздуло, пользователь сделал «стяжки» из трубы диаметром 22 мм.

«Стяжки» усилены шайбами, хотя, по словам Sjawa, это — лишнее.

Стяжки из труб можно использовать как гильзы для установки в ТА термометров или датчиков температуры.

Люк цистерны используется как ревизионный и для врезки ТЭНов (трубчатых электронагревателей) со встроенными магниевыми анодами 3 шт. по 2 или 3 кВт.

Вода в ТА также будет догреваться электричеством по более дешёвому ночному тарифу.

Детали люка.

Дно цистерны ТА усилено профильными трубами сечением 4х4 см.

Вварены патрубки для обвязки ТА с котлом и системой отопления.

Верх ТА также усилен, иначе его выпучит от давления при нагреве воды.

Сварен самодельный коллектор.

В люк вварены муфты под ТЭНы.

Основание под ТА сделано из фанеры и бруса сечением 100х100 мм с прорезями, чтобы трубы, приваренные к низу ёмкости, не давили на основание.

Основание под теплоаккумулятор утеплено пенопластом.

Параллельно с изготовлением ТА для системы отопления пришли комплектующие. Термостатический вентиль.

Циркуляционный насос с кранами, которые потом заменят на «американки».

ТЭНы с магниевыми анодами.

Магниевые аноды защищают металл ТА от ржавчины.

Магниевые аноды защищают металл ТА от ржавчины.

Уплотнение крышки Sjawa сделал по оригинальной технологии. Сначала пользователь уплотнил крышку герметиком. Закрутил крышку на 16 болтов, но, при испытаниях ТА давлением на 2 бар, из-под крыши стала сочится вода. Вырезать прокладку из резины самодельщик не стал. Слишком сложно, да и гарантий герметичности нет. В итоге Sjawa изготовил силиконовую прокладку.

Пошаговая инструкция по её изготовлению:

• Место, где ставится прокладка покрашено, т.к. силикон при контакте с незащищённым черным металлом активизирует коррозию.

• При помощи термоклея по окружности крышки приклеены буртики.

Внутренний буртик — это кусок электрического кабеля, а наружный — упаковочная лента.

Потом пользователь, предварительно рассчитав объем прокладки, взял баллоны с силиконом, и заполнил всё пространство между буртиками, постепенно разглаживая силикон старой кредитной карточкой.

Толщина прокладки 8 мм.

SjawaПользователь FORUMHOUSE

Сразу предупреждаю, что силикон высыхает около недели. Буртики я снял на четвёртый день. Когда все засохло, получилась упругая силиконовая масса. Отверстия я просверлил потом, на больших оборотах инструмента. Болты входят с натягом, и, когда зажимаются гайками, то дополнительно уплотняют место соединения. Бюджет инженерного решения — 3 баллона сантехнического силикона (реально ушло 2,5 баллона).

Кольца (2 шт.) для крышки самодельные, сваренные из скатанных по окружности двух металлических уголков.

Узел — бак-кольцо-крышка-кольцо сначала собран на прихватки и только потом просверлены все отверстия. Это обеспечило высокую точность сопряжения деталей.

Схема горловины крышки теплоаккумулятора.

Итак, самодельный теплоаккумулятор готов. Далее пользователь приступил к рутинным работам — обвязке ТА с котлом и его подключению к системе отопления. И вот, что получилось.

Узлы крупным планом.

Схемы подключения буферной ёмкости к твердотопливному котлу и системе отопления

Тема Sjawa вызвала живой интерес на портале. Пользователи стали обсуждать схему присоединения ТА к котлу.

ЗелГенПользователь FORUMHOUSE

Посмотрел схему системы отопления. Появился вопрос, а почему вход в ТА находится чуть выше середины бака? Если вход сделать сверху буферной ёмкости, то горячий носитель от ТТ котла сразу подаётся к выходу, без смешивания с более холодным носителем в ТА. Ёмкость постепенно заполняется горячим теплоносителем сверху-вниз. А так, пока не прогреется верхняя половина ТА, а это примерно 500 л, горячий носитель в ТА перемешивается и охлаждается.

По словам Sjawa, ввод в теплоаккумулятор сделан так для лучшей ЕЦ (естественной циркуляции, если отключат электричество) и для уменьшения лишнего перемешивания теплоносителя в момент, когда СО не отбирает тепло или отбирает его мало. Т.к. выложенная в начале схема системы отопления с ТА общая, то пользователь набросал более подробные варианты работы ёмкости.

Схема 1.

Преимущества — если свет выключат, то работает естественная циркуляция. Недостаток — инерционность системы.

Схема 2.

Аналог первой схемы, но, если в системе отопления закрылись все термоголовки, то верхняя часть теплоаккумулятора самая тёплая и нет интенсивного перемешивания. При открытии термоголовок теплоноситель сразу подаётся в СО. Тем самым уменьшается инерционность. Также есть ЕЦ.

Схема 3.

Теплоаккумулятор стоит параллельно системе. Преимущества — быстрая подача теплоносителя, но естественная циркуляция в системе под сомнением. Возможно подкипание теплоносителя.

Схема 4.

Развитие третьей схемы при закрытых термоголовках. Недостаток — происходит полное перемешивание всех слоев воды в теплоаккумуляторе, что плохо при естественной циркуляции если нет электричества.

SjawaПользователь FORUMHOUSE

Как видно, при открытии и закрытии кранов можно реализовать разные варианты включения, но я настроен на вариант 1 и 2. Низ теплоаккумулятора выше низа котла на 700 мм. Патрубки, входящие в ТА 1 1/2 ‘, а выходящие в СО 1’. Вариант с верхним размещением патрубком годится для ТА со змеевиками внутри, для косвенного нагрева теплоносителя.

В итоге пользователь немного доработал схему поставив байпасы между входом в теплоаккумулятор из твердотопливного котла и подачей в систему отопления и на обратку.

Это дало возможность менять схему подключения теплоаккумулятора с параллельной на последовательную. Например, закончился отопительный сезон и теплоаккумулятор остыл, но резко похолодало, то, не грея теплоаккумулятор, можно быстро протопить дом котлом.

Эксплуатация теплоаккумулятора с твердотопливным котлом: личный опыт

Интересны выводы пользователя от эксплуатации ТА:

1. Котел выходит на режим + 80-85 °C за 10-15 минут. В результате нет копоти и дыма. После двух – трёх топок выгорели смоляные отложения и потеки от прошлогоднего конденсата. Поле двух недель работы в оптимальном температурном режиме, топка котла стала почти как новая, внутри теперь только пепел. Дрова в котле сгорают полностью, с максимальным выделением тепла, а теплогенератор не загоняется в режим тления.

Если опустить температуру теплоносителя ниже 60-65 °C, то в камере сгорания ТТк создаются условия для появления конденсата (вредных кислот).

2. Твердотопливный котел в тандеме с теплоаккумулятором работает с максимальным КПД как зимой, так и в межсезонье, при уличных температурах 0 °C — -5-10 °C.  Избыток тепла от хорошо раскочегаренного котла просто сбрасывается в теплоаккумулятор, а потом, по мере необходимости, расходуется теплоноситель.

Это уменьшает количество топок ТТк и повышает комфортность его использования. С ТА не нужно вставать ночью и подбрасывать топливо в твёрдотопливный котёл.

3. Вода в ТА «заряжается» послойно:

• Верх — + 80 °C.
• Середина — + 65-70 °C.
• Нижняя часть — +50-60 °C.

4. Когда котел не работает, то температура воды в нижней части не падает ниже температуры обратки, а верх постепенно разряжается. По наблюдениям Sjawa ТА до вышенаписанных температур «заряжается» за 3-4 часа. Если на улице нет мороза, и большая часть веток теплого пола закрыты, то отбор тепла в СО уменьшается и заряд ТА происходит быстрее.
5. Термостат установлен на выходе потока из теплоаккумулятора в систему отопления. По его команде, если температура воды опускается до + 40 °C, на догрев включается газовый котел.

SjawaПользователь FORUMHOUSE

При полностью открытом в котле поддувале температура на подаче мах + 90 °C. Обычно температура держится + 80-85 °C. Теплоаккумулятор заряжается слоями. Сперва растет температура верха, а потом середины и низа. Например, когда верх нагревается до температуры подачи, начинает расти температура теплоносителя в середине ТА (верх так и остается 80-85 °C), далее температура растёт вниз.

Теплоаккумулятор следует хорошо утеплять и ставить вертикально, т.к. горячая вода концентрируется в верху ТА.

Возникают вопросы, а хватает ли такого объёма ТА на дом в морозы? По расчетам Sjawa на его коттедж, при температуре — 25 °C, нужен теплоаккумулятор на 5000 л. Чтобы быстро нагреть такой объём воды потребуется котел мощностью 50-100 кВт. Но тратится на дорогостоящую систему, с большим запасом теплоносителя, только из-за сильных морозов, которые могут продержаться всего несколько дней в году (в худшем случае пару недель), а может и вообще не быть, нерентабельно.

Срабатывает правило: цена системы-эффективность.

Sjawa Пользователь FORUMHOUSE

Для объёма моего теплоаккумулятора, по правилам, нужен котел мощностью 20-40 кВт. У меня котел на 20 кВт. 30 кВт было бы идеально, но довольствуюсь тем, что уже куплено. Пусть лучше котел работает на 100%, выдавая свой максимальный КПД, чем брать слишком мощный теплогенератор и гонять его на пониженной мощности.

Для ориентира: на хорошо утеплённый дом площадью около 150 – 200 кв. м вполне хватит ТА на 1000 -1500 л.

Источник

Буферная Емкость Подключение Схемы — tokzamer.ru

Можно сильно обжечься при случайном прикосновении.

Обвязка твердотопливного котла отопления. Назначение. Элементы

Как подключить буферный накопитель к котлу

Поэтому стоит поподробнее рассмотреть, как при монтаже системы отопления подключить котел на твердом топливе, в том числе и своими руками. Особенности применения Это — буферная емкость самой простой конструкции.

Количеством патрубков, наличие которых зависит от сложности конфигурации СО.

Предпочтительнее, конечно, выбирать нержавейку — она надежнее и долговечнее, но с позиций стоимости более выгодными кажутся баки из углеродистой стали со специальным покрытием, предотвращающим коррозию. Обратите внимание — в приведенных схемах подробно разобрана только гидравлическая часть, без монтажа изоляции. Для этого электрокотел должен быть подключен к бойлеру, но контур будет строиться напрямую по другой схеме.

Как работает система с баком Нагретый объём воды перемещается в накопитель, где и хранится. При тщательном подборе рекомендуется максимально учитывать такие рекомендации: Чем значительнее показатель пикового теплопотребления отличается от установленного среднечасового, а также чем дольше оно длиться, тем и больше необходим объем бака для накопления в нем нужного тепла. Подбор бака-аккумулятора Основным критерием при выборе данного элемента СО является его объем.

К вопросу надо отнестись ответственно и перед выполнением работ по монтажу и подключению дополнительно проконсультироваться со специалистом, чья квалификация не вызывает сомнений. Основные конструктивные типы теплоаккумуляторов Как делается обвязка твердотопливного котла От того, насколько правильно сделана обвязка твердотопливного котла, зависит эффективность его дальнейшей работы и срок службы.

Зачем нужна буферная ёмкость для ТТ или электрокотла

Вариант 2: 4-х ходовой клапан аварийного охлаждения теплообменника 4 с выносным датчиком при перегреве до 95 град. Клапаном поддерживается температура на обратке котла больше чем 60 градусов.

Это продлит срок службы мембраны бака. Но обслуживание отопления станет более комфортным: твердотопливный котел и дымоход нужно реже чистить.

Особенности эксплуатации твердотопливных котлов

Этот конденсат — вовсе не божья роса, поскольку представляет собой агрессивную жидкость, от которой быстро корродируют стальные стенки камеры сжигания. Закрытый тип с естественной циркуляцией Также довольно простая схема обвязки с малым числом теплопотребителей.

Если монтаж трубопроводов отопления выполнить напрямую к отопительной установке и во время разогрева пропускать через водяную рубашку агрегата холодную воду, то на внутренних стенках топки начнет интенсивно выделяться конденсат. Индивидуальная обвязка твердотопливных котлов делается для того, чтобы создать оптимальный рабочий режим и тем самым продлить им срок эксплуатации.

Подразумевается, что в электрическом отопителе встроен собственный циркуляционный насос.

В системе отопления с использованием теплового аккумулятора выделяются следующие преимущества: защита котла от перегрева; работа с максимальной экономией энергоресурсов и увеличение КПД всей системы отопления; простота и удобство в пользовании котлом, возможность загружать его в любое время; обеспечение стабильной температуры на всей площади помещения; возможность обеспечивать дома горячим водоснабжением, не используя дополнительные водогрейные устройства. Эта жидкость передается напрямую через трубную магистраль к теплоизлучателям. Однако, случаются ситуации, когда к некоторым вычислениям приходится прибегать и самостоятельно. Подключение буферной ёмкости в контур передачи тепловой энергии повышает экономичность работы самого твердотопливного котла за счёт сбора и накопления тепла.

Топливом для них выступают уголь, дрова, пеллеты. При тщательном подборе рекомендуется максимально учитывать такие рекомендации: Чем значительнее показатель пикового теплопотребления отличается от установленного среднечасового, а также чем дольше оно длиться, тем и больше необходим объем бака для накопления в нем нужного тепла.

Первая стадия работы — котел загружен и запущен. Подсоединение пойдет на смесительный узел. По такой схеме допустимо подвести горячую воду без дополнительных вставок напрямую в санузлы. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо. Далее обеспечиваем слив и наполнение системы.

К недостаткам можно отнести и весьма высокую цену таких приборов, которая порой даже превосходит стоимость котла. Для теплоаккумуляторов, рассчитанных на высокие показатели давления, обычно применяются емкости с тороидальными верхней и нижней крышками. Как подключить твердотопливный котел Каноническая схема подключения твердотопливного котла содержит два главных элемента, позволяющих ей надежно функционировать в системе отопления частного дома. Чтобы схема обвязки благополучно работала, нужен твердотопливный котел, чьей мощности хватит на одновременное отопление и загрузку буферной емкости. По такой схеме допустимо подвести горячую воду без дополнительных вставок напрямую в санузлы.

Экспериментальное исследование и моделирование аккумулирования скрытой теплоты лабораторного масштаба с цилиндрическими капсулами из ПКМ

Введение

Кратковременное накопление тепловой энергии может быть эффективным способом оптимизации комбинированных теплоэлектростанций (ТЭЦ) и сетей централизованного теплоснабжения (ЦТ). Для ТЭЦ аккумулирование тепла позволяет разделить распределение тепла и электроэнергии и, таким образом, увеличить прибыль ^1,2 . Для системы ЦТ одним из преимуществ накопления энергии является меньший размер распределительных труб ³ , и более эффективное использование источников тепла за счет сглаживания пиков и заполнения впадин ⁴ .

В настоящее время наиболее распространенной средой для кратковременного хранения тепла является вода. Основными причинами являются его доступность, благоприятные тепловые свойства, и он обычно служит теплоносителем (HTF), поэтому теплообменники не нужны. Однако недостатком является то, что для достаточной плотности энергии ⁴ должна быть достигнута относительно большая разница температур. Аккумулятор тепловой энергии со скрытой теплотой (LHTES) устраняет этот недостаток за счет использования материалов с фазовым переходом (PCM). ПКМ — это вещества, которые изменяют свою фазу (обычно между жидкой и твердой) в узком интервале температур, и это изменение связано со значительным выделением или поглощением тепловой энергии. Кажется, что LHTS может быть экономически выгодным в сочетании с микро-ТЭЦ по сравнению с аккумулированием физического тепла благодаря уменьшению размера ⁵ .

PCM, используемые в LHTES, подразделяются на несколько категорий с химической точки зрения ⁶ . Широко используются ПКМ на основе гидратов солей, парафинов, жирных кислот или других органических соединений, но редко в виде чистых веществ. Различные добавки улучшают их свойства, такие как долговременная стабильность или теплопроводность. В настоящее время несколько компаний предлагают различные ПКМ для различных целей. Продукты Rubitherm, Climator или PCM, и это лишь некоторые из них. Гидраты солей обладают такими преимуществами, как высокая плотность, высокая плотность энергии и относительно высокая теплопроводность. Однако может происходить фазовое расслоение, снижающее накопительную емкость, а переохлаждение также усложняет их использование ⁷ . Несмотря на то, что были предложены некоторые добавки для борьбы с фазовым расслоением ⁶ , это остается проблемой до сегодняшнего дня ⁷ . Гидраты солей также вызывают коррозию металлов ⁶ . Парафины, с другой стороны, имеют относительно низкую плотность накопленной энергии и более низкую теплопроводность. Преимущества парафина: долговременная стабильность и отсутствие переохлаждения ⁶ .

Термодинамические свойства ПКМ должны быть точно известны для проектирования LHTES. Наиболее важными свойствами являются энтальпия фазового перехода и температура фазового перехода. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) или дифференциальный термический анализ (ДТА) являются стандартными методами получения результатов. Однако в этих методах используются очень маленькие образцы материала (порядка 10 мкл), что вызывает проблемы с гетерогенными материалами, а размер образца влияет на некоторые характеристики ПКМ, такие как переохлаждение ⁹ . Более подходящим для исследования ПКМ кажется метод T-истории, предложенный Yinping и Yi ¹⁰ , который позже был улучшен Marín et al. ¹¹ или Кравваритис и др. ¹² . Ключевым преимуществом метода является возможность одновременного измерения нескольких экспериментальных образцов ПКМ. Это также позволяет исследовать относительно большой образец ПХМ (необходимый для гидрата соли ПХМ) по сравнению с коммерческими методами, а строительство экспериментальной установки является экономически выгодным ⁹ .

ГТФ и ПКМ должны быть разделены, но при этом должен происходить интенсивный теплообмен между ними. ПКМ может быть заключен в капсулы различных размеров и форм ¹³ . Нюиттен и др. сравнили маленькие сферические капсулы с парафином PCM и более крупные цилиндрические капсулы из HDPE с гидратом соли PCM ¹⁴ . Сюй и др. использовались имеющиеся в продаже макрокапсулы в форме плиты и эллипсовидной формы, наполненные парафином PCM ¹⁵ . Сюй и др. наполненные баллоны из полиэтилена высокой плотности с гидратом соли ⁸ . Также были исследованы конструкции теплообменников. Медрано и др. заполненные ПКМ на парафиновой основе некоторые серийно выпускаемые теплообменники и кожухотрубные теплообменники с медными ребрами или графитовой матрицей ¹⁶ . Заунер и др. разработал накопитель с ребристыми трубками из ПЭВП, как PCM ¹⁷ . Заунер и др. применяют кожухотрубную конструкцию для накопления явно-скрытой теплоты ¹⁸ . Были предложены различные методы улучшения теплопередачи. Плавники различного положения, формы и размеров изучались многими исследователями, в основном в кожухотрубных конфигурациях ^19,20 . Использование металлической, углеродной или графитовой пены может значительно увеличить эффективную теплопроводность ПКМ ^21,22 . Однако эти материалы являются дорогостоящими и поэтому обычно не применимы в больших масштабах. Бюджетной альтернативой металлическим пенам могут быть щетки или чипсы ²³ . Нет однозначного мнения об идеальной конструкции LHTES, поскольку необходимо учитывать множество факторов, а требования часто противоречат друг другу. Особенно необходимость сокращения периодов зарядки и разрядки приводит к более сложным и, следовательно, дорогостоящим решениям.

В последнее время были выпущены некоторые численные модели, в основном в виде виртуальных копий физических устройств. Барз и др. использовали FVM (метод конечных объемов) в цилиндрических координатах для описания их кожухотрубных накопителей скрытой теплоты ²⁴ . В ANSYS Fluent Zauner et al. построили FVM-модель своего оребренного теплоаккумулятора ¹⁷ . В 2017 году Zauner et al. разработал гибридную систему хранения явного и скрытого тепла, которая была смоделирована в Dymola как задача Стефана с сосредоточенной емкостью и переменной удельной теплоемкостью ¹⁸ . Программное обеспечение COMSOL FEM использовалось Xu et al. для моделирования накопителя скрытой теплоты в цилиндрической оболочке ²⁵ . Талати и Тагилоу использовали решеточный метод Больцмана для затвердевания ПКМ в двумерных областях и обнаружили, что он значительно более эффективен в вычислительном отношении, чем FVM ²⁶ . Большинство предлагаемых моделей 2D, а некоторые из них 1D или 3D ²⁷ . Обычно они требуют больших вычислительных ресурсов и не подходят для интеграции в более крупные модели целых распределительных систем.

Очень важно знать, сколько энергии может быть потреблено или сохранено в любое время при эксплуатации системы накопления тепла. Это относительно простой процесс накопления явного тепла, учитывая, что зависимость энтальпии от температуры для объема аккумулирующей среды, такой как вода, хорошо изучена. Состояние заряда (SoC) обычно используется для измерения заряда скрытой теплоты. С другой стороны, SoC не имеет однозначного определения ^28,30 . Некоторые публикации включают только скрытую теплоту PCM 9.0005 24 , в то время как другие считают его ощутимое тепло и энергию запасенными в дополнительных компонентах хранения ²⁸ . Существует множество подходов к измерению, которые можно использовать для получения данных, необходимых для оценки SoC. Самый очевидный метод — непосредственно измерить температуру PCM или рассчитать энтальпию ²⁸ . Однако, поскольку температурное поле неоднородно, обычно требуется много датчиков. Также можно воспользоваться преимуществами изменения громкости PCM во время фазового перехода. Когда объем, заполненный PCM, закрыт, можно обнаружить перепады давления ^28,31,32 . Этот метод требует меньшего количества датчиков, но он не позволяет оценить явную теплоту, потому что он связан со слишком незначительными изменениями объема. Измерение температуры теплоносителя является еще одним вариантом, достаточно простым, но не позволяющим легко учесть тепловые потери, влияющие на емкость накопителя с течением времени ²⁸ .

В этой статье представлена ​​конструкция накопителя скрытого тепла в лабораторных масштабах, который можно просто масштабировать в соответствии с желаемой целью по температуре, размеру и периоду цикла. Простота конструкции позволила разработать простую и недорогую в вычислительном отношении численную модель, в которой использовалась зависящая от температуры модель удельной теплоемкости для ПКМ. Были проведены два процесса разрядки с разными расходами теплоносителя, и данные этих экспериментов были использованы для проверки численной модели и для более глубокого понимания процесса затвердевания внутри цилиндрических капсул и разрядки накопителя. Состояние заряда (SoC), важный параметр для мониторинга хранилища, также оценивался двумя разными способами на основе экспериментальных и числовых данных.

В заключение этого раздела стоит подчеркнуть несколько новых особенностей, которые резко выделяют рассматриваемые в представленном исследовании LHTES среди существующих прототипов. Во-первых, хотя и очень простая, рассматриваемая здесь конструкция обеспечивает очень высокое значение плотности накопленной энергии, гарантируя при этом очень короткие промежутки времени разрядки, необходимые для высокой гибкости накопления. Все это достигается вместе с высоким уровнем масштабируемости дизайна. Кроме того, как видно из результатов экспериментальных исследований, рассмотренные здесь ЛВТЭС показали очень хорошие результаты по сравнению с другими накопителями. Кроме того, новая численная модель, разработанная в этом исследовании, очень эффективна в вычислительном отношении и при этом достаточно точна.

Исследование удельной энтальпии ПКМ

Крайне важно понимать теплофизические свойства материалов, используемых при моделировании накопителя тепла с помощью ПКМ. Для широко используемых сред и материалов (вода, нержавеющая сталь) их свойства хорошо известны, и их неопределенность в целом играет небольшую роль. Тем не менее, PCM оказывает наибольшее влияние на результаты испытаний и моделирования, даже несмотря на то, что достоверность данных является спорной.

Метод Т-истории

Авторы не хотели зависеть только от предоставленной информации. В результате был построен аппарат для определения парциальной энтальпии с использованием подхода T-истории, и RT35HC ²⁹ был измерен в нем. T-история — это экспериментальный метод, созданный Yinping и Yi ¹⁰ , и начальная конфигурация позволяла измерять температуру плавления, теплоту плавления, степень переохлаждения, теплопроводность и удельную теплоемкость. Метод обработки данных, предложенный Marín et al. ¹¹ был использован в этой работе.

Метод T-истории использует изменение температуры двух (или более) образцов в пробирках, один с известными свойствами (обычно вода), а другой (или более) с неизвестными свойствами. Все образцы нагреваются до одинаковой температуры перед помещением в камеру с переменной температурой. Эволюция температуры используется для анализа неизвестных атрибутов. На рис. 1 показана типичная динамика температуры. 9{\prime}}\) видно из рис. 1.

Конструкция экспериментальной установки и аппаратура

Образцы ПКМ и эталонное вещество должны быть нагреты экспериментальной установкой до температуры, превышающей температуру фазового перехода. Затем воздух необходимо откачать и охладить ниже температуры фазового перехода. На рисунке 2 показана схема экспериментальной установки. Нагрев осуществлялся с помощью нагревательных элементов сопротивления, управляемых твердотельным реле, а регулирование осуществлялось с помощью Arduino Uno и сценария ПИД-регулирования. Воздушную камеру охлаждали с помощью криостата Julabo F34 ME. Это устройство подключено к внешнему контуру охлаждения с перекрестноточным теплообменником. Для обеспечения постоянной циркуляции воздуха в камере на теплообменнике были установлены осевые вентиляторы.

Рисунок 2

Схема экспериментальной установки для метода Т-истории, включая сбор и обработку данных.

Изображение полного размера

Термопары T-типа использовались для измерения температуры образцов ПКМ, эталонного материала (дистиллированная вода) и окружающего воздуха. По сравнению с другими типами термопар термопары Т-типа были выбраны за их большую чувствительность и точность. Однако их сдерживала низкая максимальная рабочая температура эксперимента (300–350 °C), которая не была достигнута. Термопары были подключены к модулю термопар NI, который был размещен в NI cDAQ-9.174 шасси, которое напрямую подключалось к ЭВМ. Данные собираются с помощью NI LabVIEW, а затем эксперимент оценивается с помощью MathWorks MATLAB.

Экспериментальный аккумулятор тепла

Экспериментальная схема была построена и собрана с целью проверки результатов моделирования, а также методологий измерения и проектных решений. Знания, полученные при проектировании, сборке и эксплуатации хранилища, будут применяться в будущих проектах с более крупными узлами. Цель состоит в том, чтобы представить концепцию, которая была бы конкурентоспособной с существующими, в основном на водной основе, накопителями явного тепла. Поэтому он должен быть относительно простым с технологической точки зрения и из доступных материалов. Он также масштабируется с точки зрения общей теплоемкости, температуры и периода заряда/разряда.

PCM RT35HC ²⁹ на основе парафина Rubitherm использовался для хранения. Температура его фазового перехода составляет около 35 °C. Основное обоснование этого решения заключалось в том, что работать при более низких температурах легче, а тепловые потери меньше. Парафины в целом кажутся хорошим выбором для ПКМ из-за их долговременной стабильности. Вода в качестве теплоносителя (HTF) была естественным выбором для предполагаемой рабочей температуры.

Конструкция накопителя

На рис. 3a,b показан экспериментальный аккумулятор тепла PCM. Он был выполнен в виде 125-литрового цилиндрического сосуда из нержавеющей стали. Внутренний диаметр контейнера 400 мм, высота 1000 мм. Крышки имели толщину 8 мм, а цилиндрическая стенка контейнера — 2 мм. Две горловины сверху и снизу соединяли хранилище с системой. Для уменьшения теплопотерь бак был теплоизолирован снаружи. Исследуемый ПКМ находился в трубках из нержавеющей стали с внешним диаметром 30 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 800 мм. Пластиковые колпачки с уплотнительными кольцами закрыли трубки с обоих концов, а болт M3 зафиксировал каждую крышку на месте (рис. 3c). Небольшие воздушные карманы (около 20 мм в высоту) сохранялись под верхними крышками во время наполнения, чтобы уменьшить колебания давления, вызванные изменениями объема ПКМ. Решетки и распорки удерживали элементы хранения в нужном положении. Всего в хранилище было размещено 143 контейнера, что было максимально возможным количеством. Около 80% поперечного сечения бака занимали капсюли ПКМ.

Рисунок 3

( a ) Покомпонентная схема экспериментальной системы хранения тепла из ПКМ. ( b ) Хранилище, наполненное цилиндрическими капсулами. Капсула с измерением температуры ПКМ видна в центре резервуара ( c ) Деталь цилиндрической крышки капсулы. Некоторые колпачки не оставались герметичными после нескольких циклов.

Изображение в полный размер

Конструкция крышки капсулы проста в изготовлении; однако он не был идеально герметичным. После нескольких недель испытаний небольшое количество PCM просочилось в воду примерно из десяти контейнеров. Крышка нуждается в доработке для будущего хранилища, поскольку утечка PCM недопустима для хранилища, развернутого для обслуживания в реальных условиях.

В таблице 1 приведены основные характеристики хранилища. ПКМ аккумулирует две трети тепла, а его масса составляет лишь около четверти всей массы. Напротив, цилиндрические капсулы содержат только 5% энергии, а составляют более трети общей массы. Следовательно, как можно меньше стали (или других строительных материалов) следует использовать для аккумулирования тепла с высокой плотностью накопленной энергии. Особенно цилиндрические капсулы кажутся излишне прочными, экономия материала здесь была бы эффективной.

Таблица 1 Параметры экспериментального накопителя тепла. Нержавеющая сталь крайне неэффективна для накопления тепла на единицу массы.

Полноразмерная таблица

Сравнение конструкций накопителей скрытой теплоты затруднено, поскольку они различаются по размеру, используют разные материалы для хранения и изготовления и были испытаны в разных условиях. Некоторые недавно опубликованные конструкции, их основные характеристики и условия испытаний перечислены в таблице 2.

Таблица 2 Параметры и условия испытаний ранее опубликованных конструкций накопителей скрытого тепла.

Полноразмерная таблица

Разница температур между полностью заряженным и полностью разряженным состояниями, а также температура затвердевания ПКМ играют решающую роль в характеристиках аккумулирования тепла. Больший перепад температур позволяет использовать больше явного тепла, и чем выше температура затвердевания выше температуры разрядки, тем интенсивнее идет процесс разрядки. Более высокая скорость потока HTF также уменьшает время, необходимое для разрядки. Для получения сопоставимых результатов целесообразно нормировать скорость HTF по размеру хранилища.

Аккумулятор, проанализированный в этой работе, имел температуру затвердевания ПКМ примерно на 10 К выше втекающего ГТФ и охлаждался на 30 К за период разрядки. Хранение, представленное Xu et al. ⁸ работал с той же разницей температур, но температура затвердевания ПКМ была примерно на 20 К выше температуры на входе HTF. Несмотря на это, процесс разрядки занял почти в три раза больше времени. Причиной, вероятно, были слишком большие капсулы ПКМ, да и меньшая скорость потока тоже сыграла свою роль. Кожухотрубная конструкция, представленная Zauner et al. ¹⁸ работал с более высокими перепадами температур, а температура затвердевания PCM была примерно на 15 К выше температуры на входе HTF. Разрядка снова затянулась, и причины те же, что и в предыдущем случае. Конструкция реберной трубы, разработанная Zauner et al. ¹⁷ использовали самый высокий диапазон температур и разницу температур на входе для затвердевания HTF около 20 K. Этот значительный температурный градиент вместе с довольно сложной конструкцией и высокой скоростью потока HTF привел к наименьшему времени выгрузки из всех сравниваемых экспериментов. Представленная в данной статье ЖТС разряжалась очень быстро, несмотря на наименьшую разницу температур ТТС на входе в затвердевание из всех сравниваемых хранилищ и относительно простую конструкцию. Быстрая зарядка/разрядка является желательной характеристикой LHTS, поскольку она повышает его гибкость.

ОтличиеОбщим мотивом для использования PCM является их превосходная плотность тепловой энергии. Таким образом, общая плотность тепловой энергии может быть хорошей мерой эффективности проекта. Представленная конструкция имеет примерно на 9% более высокую плотность тепловой энергии, чем конструкция Xu et al. ⁸ , несмотря на то, что они использовали ПКМ с более высокой скрытой теплотой на единицу объема (298 МДж м ^-3 против 211 МДж м ^-3 ). Дизайн Zauner et al. ¹⁸ имеет еще более низкую плотность энергии, но справедливо будет сказать, что это гибридное скрыто-чувственное хранилище, поэтому плотность энергии не является приоритетом. Наибольшую плотность энергии из перечисленных имеет накопитель Zauner et al. ¹⁷ . В основном это связано с тем, что более 80% памяти занято PCM. Кроме того, большую роль играет более высокая разница температур. Из представленных хранилищ это самое сложное с точки зрения изготовления и, соответственно, самое дорогое. Хранилище, представленное в этой работе, имеет замечательное соотношение плотности энергии и сложности конструкции.

Конструкция и работа испытательной схемы

Была построена схема, позволяющая осуществлять как зарядку (плавление ПКМ), так и разрядку (затвердевание ПКМ) накопителя. Его схематическая и физическая реализация изображена на рис. 4. В данной работе исследовался только разряд, так как его нужно выполнять быстрее, чем зарядку, и, следовательно, это наиболее ответственный процесс. В этом подразделе описаны только базовая конструкция и процессы. Более подробная информация об измерениях и сборе данных содержится в следующем подразделе.

Рисунок 4

Схема экспериментальной схемы с накопителем скрытого тепла. ( a ) Направление потока теплоносителя, отмеченное для загрузки (красные стрелки) и разгрузки (синие стрелки) хранилища. ( b ) Реальная экспериментальная схема.

Увеличить

Сначала нужно было зарядить накопитель. Зарядка обозначена красными стрелками на диаграмме на рис. 4а. Вода циркулирует по замкнутому контуру, приводимому в действие насосом Р1. Три котла нагревали воду, два с диапазоном мощности 0–3 кВт (с ПИД-регулированием) и один с фиксированной мощностью 9 кВт.кВт. Состояние загрузки хранилища проверяли по температурам Т1, Т2 и Т4. При загрузке хранилища котлы и насос выключались, а шаровой кран БВ1 закрывался.

Процесс разрядки показан синими стрелками на рис. 4а. В качестве резервуара для воды использовался большой бассейн (25 м ³ ). Воду в бассейне можно нагреть до желаемой температуры до 60 °C с помощью нагревательных элементов с потребляемой мощностью 36 кВт. Бассейн был построен таким образом, что во время испытаний поддерживается постоянная высота уровня воды, что гарантирует отсутствие нежелательных колебаний потока. Вода протекала через накопитель, фиксировались ее расход и температура на входе и выходе. Скорость потока регулировалась насосом (P2) совместно с задвижкой (GV1). Шаровой кран (BV2) позволял быстро изменять скорость потока, необходимую для четко определенного начала эксперимента. Канал, расположенный в полу лаборатории (45 м ³ ) собрал воду, выходящую из хранилища. В любой момент вода из канала может быть перекачана обратно в верхний бассейн или в канализацию.

Контрольно-измерительные приборы и сбор данных

Система сбора и измерения экспериментальных данных для хранения тепла была создана для управления процессами, наблюдения за состоянием накопителя и сбора данных для анализа и проверки модели. Для сбора и хранения измеренных данных использовалась система National Instruments.

Измерение расхода воды через водохранилище было необходимо для установления требуемого расхода при проведении экспериментов и для расчетов мощности водохранилища. Для измерения расхода воды использовался установленный магнитоиндукционный расходомер ЭЛИС ИС1.110. Производитель заявляет погрешность измеренного значения 0,5 %.

Для достижения желаемой температуры теплоносителя была измерена температура воды в бассейне. Затем были измерены температуры на входе и выходе из хранилища, прежде всего для расчета мощности хранилища. Для регистрации всех этих температур использовались датчики Pt100.

Другой набор датчиков использовался для измерения ПКМ непосредственно внутри цилиндрической капсулы. Чтобы предоставить наиболее репрезентативные данные, был выбран один, который находился примерно посередине резервуара. Пять цифровых датчиков были равномерно расположены на резьбе, идущей поперек оси цилиндра. Основной причиной использования цифровых датчиков, несмотря на их более низкую точность по сравнению с Pt100 (0,5 °C против 0,1 °C), было их простое подключение к системе сбора данных. Для каждого датчика Pt100 потребовалось бы четыре провода, в то время как для всех пяти цифровых датчиков вместе требовалось всего три провода. Слишком большое количество проводов также может влиять на перенос тепла внутри капсулы, что делает измеренные данные нерепрезентативными для других капсул.

Вход котлов 0–3 кВт управлялся реле SSR с входом 4–20 мА. Реле SSR управлялось установленным ПИД-регулятором по разнице между заданной и фактической температурой перед хранилищем.

Моделирование

Модель эффективной теплоемкости ПКМ

Когда типичный ПКМ плавится или затвердевает, его энтальпия резко изменяется. В отличие от чистых кристаллических твердых тел, при определенной температуре не происходит резкого сдвига, а происходит постепенное изменение с течением времени. Мягкая зона — это ситуация, в которой твердый и расплавленный материал сосуществуют ³³ . Вне этого диапазона температур энтальпия обычно линейно пропорциональна температуре. Гистерезис в кашеобразной области является еще одним важным свойством почти всех PCM. ПКМ плавятся при несколько более высокой температуре, чем затвердевают (примерно 1–2 К для ПКМ на основе парафина).

Массовая доля жидкой фазы, определяемая как

$$\xi =\frac{{m}_{l}}{{m}_{l}+{m}_{s}},$$

( 2)

используется для описания состояния PCM. В последнем выражении \({m}_{l}\) — масса жидкой фазы, а \({m}_{s}\) — масса твердой фазы. В кашеобразной зоне она является непрерывной функцией температуры и достигает нуля для полностью затвердевшего ПКМ и единицы для полностью расплавленного ПКМ. 9{T}\xi \left(\tau\right){c}_{l}+\left[1-\xi \left(\theta\right)\right]{c}_{s}\text{d }\theta +\left[\xi \left(\theta\right)-\xi \left({T}_{0}\right)\right]{\Delta h}_{F} ,$$

(3)

где \({c}_{l}\) и \({c}_{s}\) — удельные теплоемкости жидкой и твердой фаз (предполагаемые постоянными) соответственно, \({\Delta h} _{F}\) — удельная энтальпия плавления (скрытая теплота), а \({T}_{0}\) — температура, при которой энтальпия определяется как ноль. Тогда эффективная удельная теплоемкость ПКМ равна 9.0011

$${c}_{eff}\left(T\right)=\xi \left(T\right){c}_{l}+\left[1-\xi \left(T\right) \right]{c}_{s}+\frac{\text{d}\xi \left(T\right)}{\text{d}T}{\Delta h}_{F} .$$

(4)

Выбор функции массовой доли жидкой фазы является важным шагом. Функции распределения вероятностей — хороший класс функций, из которых можно выбирать. Они неограниченно растут от нуля до единицы, а их форма управляется небольшим количеством параметров ³⁴ . Для нахождения параметров обычно используются методы нелинейной интерполяции. Зависимость энтальпия-температура не всегда прямолинейна. В таких случаях может оказаться полезной линейная комбинация дополнительных функций распределения, которая увеличивает количество изменяемых параметров.

Для материала RT35HC, использованного в экспериментах, использовалась линейная комбинация функций распределения минимума Гумбеля:

$$\xi \left(T\right)={w}_{1}{\xi }_ {1}\влево(T\вправо)+\влево(1-{w}_{1}\вправо){\xi}_{2}\влево(T\вправо),$$

(5)

$${\xi}_{i}\left(T\right)=1-\text{exp}\left[-\text{exp}\left(\frac{T-{\mu}_{i }}{{\beta}_{i}}\right)\right] ; i=\text{1,2} . $$

(6)

В этом исследовании рассматривается только процесс затвердевания. Единственная разница будет заключаться в том, что придется подгонять дополнительные параметры, если также будет обрабатываться плавление. Параметры были подобраны с использованием данных парциальной энтальпии из эксперимента T-истории. Важно понимать, что парциальная энтальпия не равна эффективной теплоемкости. Соотношение между этими двумя числами следующее: 9{T+\frac{\Delta T}{2}}{c}_{eff}\left(\theta \right)\text{d}\theta ,$$

(7)

где \(\Delta T\) — температурный шаг между двумя соседними значениями парциальной энтальпии. Поскольку \(\Delta T\) в нашем случае равно \(1 \text{ K}\), то численные значения парциальной энтальпии практически совпадают со значениями удельной эффективной теплоемкости при той же температуре. Однако для другого температурного шага численные результаты будут другими. Метод наименьших квадратов был использован для определения параметров путем сравнения измеренной и смоделированной парциальной энтальпии.

Модель хранения

Модель хранения была создана как инструмент для анализа производительности хранилища. При разработке приоритеты отдавались простоте модели и скорости вычислений. Цель состояла в том, чтобы разработать модель, которую можно было бы использовать не только самостоятельно, но и как часть более крупной системы распределения тепла, включающей различных поставщиков и потребителей тепла, а также несколько экземпляров аккумулирования тепла.

Из-за эффективности вычислений был выбран метод сосредоточенных параметров, поскольку он позволяет моделировать процессы, которые в реальном мире занимают часы, за секунды. На рис. 5 показана топология модели. Объемы теплоносителя, тепловые конденсаторы и компоненты теплопередачи представляют собой три категории элементов модели.

Рисунок 5

Топология модели сосредоточенного накопления скрытой теплоты с элементами HTF (синие прямоугольники), емкостью стали (серые кружки), емкостью PCM (зеленый кружок) и элементами теплопередачи (красные стрелки).

Изображение полного размера

В модели последовательно соединены три объема теплоносителя. Верхний и нижний объемы представляют собой объемы выше и ниже зоны теплопередачи соответственно. В этих объемах не представлен теплообмен, и через них втекает и вытекает из модели теплоноситель. В промежуточном объеме, символизирующем воду между цилиндрами, заполненными ПКМ, происходит весь теплообмен. В связи с относительно узким диапазоном температур теплофизические характеристики ГТФ (воды) принимаются постоянными. Объем HTF рассчитывается с использованием известных размеров.

Скорость изменения массы ГТФ в объеме можно описать следующим уравнением

$${V}_{ГТФ}\frac{\text{d}{\rho }_{ГТФ}}{\text{ d} t} = {\ dot {m}} _ {HTFin} — {\ dot {m}} _ {HTFout}, $ $

(8)

где \({\rho }_{HTF}\) — плотность HTF в объеме \({V}_{HTF}\) и \({\dot{m}}_{HTFin}\) и \( {\dot{m}}_{HTFout}\) — массовые расходы в объем и из него соответственно. Это уравнение учитывает возможные изменения массы в объеме за счет изменения плотности ГТС; объем считается постоянным.

Полная энтальпия в объеме HTF описывается выражением

$${V}_{HTF}\frac{\text{d}({\rho }_{HTF}{h}_{HTF})}{\ текст {d} t} = {\ dot {m}} _ {HTFin} {h} _ {HTFin} — {\ dot {m}} _ {HTFout} {h} _ {HTF} + {\ dot {Q }}_{in} ,$$

(9)

где \({h}_{HTF}\) — удельная энтальпия HTF, а члены в правой части уравнения дают конвективный перенос энтальпии и теплообмена через границу объема. Система замкнута соотношениями вида \({\rho }_{HTF}={\rho }_{HTF}(T)\) и \({h}_{HTF}={h}_{HTF} \влево(Т\вправо).\)

Есть также три тепловых конденсатора, которые представляют собой стальной бак, стальные цилиндры, содержащие ПКМ, и сам ПКМ.

Общее уравнение для скорости изменения энтальпии теплового конденсатора \(H\) имеет вид

$$\frac{\text{d}H}{\text{d}t}=C\frac{\ text{dT}}{\text{d}t}={\dot{Q}}_{in} ,$$

(10)

где \(С\) — теплоемкость компонента. Теплоемкость стальных компонентов определяется их массой и удельной теплоемкостью нержавеющей стали (постоянной из-за узкого диапазона температур). Теплоемкость PCM зависит от температуры, как описано в разделе 4.1. Здесь предполагается, что процесс является изобарическим, поэтому скорость передачи тепла компоненту равна скорости изменения энтальпии.

Тепловой поток между компонентами определяется тремя компонентами теплообмена, которые связывают между собой теплоемкости и средний объем теплоносителя. В общем случае закон охлаждения Ньютона описывает тепловой поток \({\dot{Q}}_{a\to b}\) между компонентами \(a\) и \(b\) в виде

$${\ точка {Q}} _ {a \ to b} = {\ upalpha} _ {a \ to b} {\ text {A}} _ {ab} \ left ({T} _ {a} — {T} _ {b}\right),$$

(11)

где \({\upalpha}_{a\to b}\) — соответствующий коэффициент теплопередачи, \({\text{A}}_{ab}\) — площадь контакта между двумя компонентами, а \( {T}_{a}\) и \({T}_{b}\) — температуры двух компонентов. Площадь можно рассчитать с помощью геометрии, а температуру можно рассчитать с помощью состояний взаимосвязанных компонентов. Точное значение коэффициента теплопередачи еще не определено.

Наиболее важной частью является взаимодействие между HTF и PCM. Во-первых, происходит теплообмен между поверхностью стальных цилиндрических емкостей и текущим по ним теплоносителем. Коэффициент теплопередачи в этом случае зависит от числа Нуссельта \(\text{Nu}\), теплопроводности ГТФ \({\lambda }_{ГТФ}\) и диаметра цилиндрических емкостей \(d\ ) в виде

$${\upalpha}_{HTF\to cyl}=\frac{2\cdot \text{Nu}\cdot {\lambda }_{HTF}}{d} .$$

9{2}}{8}\right]}{\frac{\pi d}{2}} ,$$

(14)

где \(а\) — расстояние между осями цилиндров (предполагается, что цилиндры расположены в правильном треугольном порядке). Корреляция в уравнении (13) применимо для ламинарного потока между цилиндрами, что справедливо для всех представленных случаев.

В то время как коэффициент теплопередачи на внешней стороне цилиндров относительно просто рассчитать с помощью корреляции числа Нуссельта, ситуацию на внутренней поверхности цилиндра рассчитать сложнее, поскольку процесс сложный и качество процесса меняется со временем.

Поскольку в начале операции разряда все ПКМ находятся в жидком состоянии, свободная конвекция в цилиндрической капсуле является основным механизмом передачи тепла. По мере постепенного отвода тепла от цилиндра на внутренней стенке цилиндра образуется слой затвердевшего ПКМ. Поскольку этот слой содержит только теплопроводность, тепловое сопротивление стены увеличивается. Утолщающий слой также уменьшает пространство, доступное для потока жидкой фазы. Следовательно, снижается интенсивность теплопередачи. Когда жидкой фазы больше нет, теплопроводность является единственным вариантом.

Из описания процесса видно, что на качество теплообмена большое влияние оказывает массовая доля жидкой фазы \(\zeta\). Он будет достаточно интенсивным для высокожидкостной фракции и не столь интенсивным для противоположного случая. Простой способ зафиксировать это поведение — использовать линейное соотношение

$${\alpha}_{PCM\to cyl}=\left(1-\upxi\right)\cdot {\upalpha}_{solid}+\ xi \cdot {\upalpha}_{жидкость} ,$$

(15)

где \({\upalpha}_{твердый}\) — коэффициент теплопередачи для случая полностью затвердевшего ПКМ и \({\upalpha}_{жидкий}\) коэффициент теплопередачи для случая полностью расплавленного ПКМ. Остается вопрос, как определить соответствующие значения этих параметров.

Оптимальным методом было бы разработать корреляцию числа Нуссельта для свободной конвекции внутри цилиндрической полости. К сожалению, такой корреляции, по-видимому, нет. Поэтому было решено начать моделирование с грубой оценки коэффициентов теплопередачи и уточнять их до тех пор, пока не будут получены экспериментальные данные.

Для начального предположения коэффициента теплопередачи мы приняли число Нуссельта для полностью расплавленного внутри цилиндра 5 и для полностью затвердевшего 0,5. Характерным размером является внутренний диаметр цилиндрической трубы, а теплопроводность ПКМ задается производителем. Оценки коэффициента теплоотдачи, полученные по этим значениям, близки к значениям, полученным при настройке с экспериментальными данными.

Коэффициент теплопередачи между жидким теплоносителем и стальным баком — это последний коэффициент теплопередачи, который необходимо рассчитать для модели. {-1}\ ). 9{{T}_{max}}\left({c}_{eff}\left(\theta \right)\cdot {m}_{PCM}+{c}_{HTF}\cdot {m}_ {HTF}+{C}_{cyl}+{C}_{бак}\right)\text{d}\theta .$$

(16)

Если необходимые параметры в ур. 16 не известны, альтернативой для получения \(\Delta {H}_{max}\) будет зарядка или разрядка накопителя между температурами \({T}_{min}\) и \({T}_{ max}\) и интегрирование выходной мощности.

Первый метод, который мы используем для получения SoC, основан на интегрировании мощности хранения во времени. Формула процесса разрядки, начиная с полностью заряженного накопителя, равна 9.{t}{\dot{m}}_{HTF}\cdot \left({h}_{HTFout}-{h}_{HTFin}\right)d\tau }{\Delta {H}_{max }}.$$

(17)

Преимущество этого метода в том, что он просто требует измерения температуры на входе и выходе, а также расхода теплоносителя. Также нет необходимости понимать температурно-энтальпийную зависимость ПКМ. С другой стороны, ошибки измерения и потери тепла со временем накапливаются, вызывая отклонение от правильного значения. В результате он не подходит для более длительных периодов времени, и его следует повторно инициализировать, как только станет известно состояние хранения (либо полностью заряженный, либо полностью разряженный). 9{{T}_{бак}}{C}_{бак}\text{d}\theta }{\Delta {H}_{max}}.$$

(18)

Преимущество этого метода заключается в том, что он зависит только от состояния накопителя, и в результате автоматически учитываются потери энергии в системе. С другой стороны, нам необходимо знать температуры на многих участках по всему складу, особенно в пределах ПКМ с большими температурными градиентами, а также зависимость энтальпии от температуры всех компонентов, в том числе ПКМ. Пять температурных зон, представляющих собой равные участки ПКМ, оцениваются для оценки на основе экспериментальных данных. Температуры \({T}_{HTF}\), \({T}_{cyl}\) и \({T}_{бак}\) напрямую не измеряются. Вместо них успешно использовалась средняя температура на выходе и входе в хранилище.

Результаты и обсуждение

В этом разделе представлены результаты экспериментов (как T-история, так и накопительный разряд), проверка численной модели и оценка SoC. Были исследованы два режима с разным расходом ГТФ (примерно 0,12 кг с ^–1 и 0,5 кг с ^–1 ). В начале в хранилище была постоянная температура 55°C, а разгрузка осуществлялась водой при 25°C в обоих случаях.

Модель удельной парциальной энтальпии и эффективной теплоемкости

Rubitherm заявляет 240 кДж кг ⁻¹ при температуре от 27 °C до 42 °C для RT35HC с погрешностью 7,5 % ²⁹ . В предоставленном сертификате анализа PCM указано, что его удельная теплоаккумулирующая способность составляет 258 кДж кг·90 005 −1  при перепаде температур 15 °C. Существует также более тщательное распределение парциальной энтальпии для температурных шагов в 1 °C, которое достигает пика около 35 °C. Эти результаты были получены при трехслойных калориметрических измерениях.

Модель эффективной теплоемкости по формуле. (4) был успешно подогнан к измеренным данным. На рисунке 6 показаны значения удельной парциальной энтальпии RT35HC вместе с его эффективной теплоемкостью. Данные, полученные методом T-истории, показывают резкий пик парциальной энтальпии, в то время как данные, предоставленные Rubitherm, имеют более равномерное распределение парциальной энтальпии. В сравниваемом диапазоне от 27°С до 42°С измеренная разница удельных энтальпий составила 283 кДж·кг·9.0005 −1 , что примерно на 10 процентов больше заявленного Rubitherm. Причина такой разницы неизвестна.

Рисунок 6

Парциальная энтальпия и удельная эффективная теплоемкость затвердевания RT35HC. Парциальная энтальпия и теплоемкость не совпадают, хотя числовые значения часто очень близки.

Изображение полного размера

Измеренные температуры воды и ПКМ

На графике на рис. 7 показано изменение зарегистрированных температур ГТФ и ПКМ во время эксперимента с более низким расходом. Более высокая скорость потока дала очень похожие результаты, поэтому здесь не представлены. Температура на входе оставалась постоянной на протяжении всего эксперимента. Более высокая температура в течение первых минут сброса была вызвана нагретыми участками трубопровода и остатками теплой воды в системе перед хранилищем.

Рисунок 7

Изменение температуры HTF (на входе и выходе) и PCM (пять позиций в капсуле сверху вниз) для снижения массового расхода HTF. Зона фазового перехода ПКМ отмечена температурами 10% и 90% жидкостного отношения.

Изображение полного размера

С помощью ПКМ было измерено пять температур по оси одного из цилиндрических контейнеров. Датчики были расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, причем \({T}_{PCM1}\) был верхним, а \({T}_{PCM5}\) — нижним. Первоначально все температуры PCM следовали за температурой на выходе и быстро падали до температуры фазового перехода (область фазового перехода выделена 10% и 90% жидкой фазы на графиках). Температура опускалась сверху вниз, несмотря на то, что холодная вода распределялась сверху. Эта температурная стратификация указывает на относительно сильную естественную конвекцию в капсуле в течение этой фазы. После того, как температура достигла зоны фазового перехода, она некоторое время оставалась практически постоянной, в то время как температура воды на выходе постепенно снижалась. Стоит отметить, что видимого переохлаждения не было, температура снижалась монотонно. Затвердевание ПКМ прекратило естественную конвекцию и, следовательно, первой полностью затвердевшей частью была верхняя часть, где интенсивность теплообмена была наибольшей. Остальные секции также последовали за ним, а центральная затвердела последней. После затвердевания в каждом измеренном месте температура снижается относительно резко, но не так, как в начале. Это происходит не только из-за меньшего перепада температур, но прежде всего потому, что проводимость в твердых телах является гораздо менее эффективным механизмом переноса тепла, чем конвекция в жидкостях.

Проверка модели

Модель накопления тепла, представленная в разд. 4 был проверен по измеренным данным. Параметры модели (массы, объемы) были взяты из геометрии экспериментального хранилища. Входными данными для модели были измеренный расход и температура воды на входе. Сравнение между смоделированной температурой на выходе и измеренной температурой на выходе показало уровень согласия моделирования.

Результаты модели представлены на рис. 8 для более низкой скорости потока и на рис. 9.для большей скорости потока. Различают две фазы: начальную, характеризующуюся резким падением температуры на выходе, и позднюю, с постепенным снижением температуры на выходе. Общее согласие очень хорошее, немного лучше для более низкой скорости потока. Наибольшая разница в температуре на выходе наблюдается на переходной стадии между начальным быстрым падением и более поздним пологим спуском. Точные причины расхождений авторам неизвестны. Возможно, модель слишком грубая, не отражает должным образом все явления, происходящие в хранилище. Однако это несоответствие не является критичным для предназначения модели. Размер виртуального хранилища может варьироваться, и используемый ПКМ может изменяться для достижения различных уровней температуры, если он имеет схожие свойства (плотность, теплопроводность), что характерно для большинства ПКМ на основе парафина.

Рисунок 8

Эволюция температуры HTF — сравнение численной модели с экспериментальными данными для более низкого расхода HTF. Наибольшее расхождение было между 15 и 25 мин.

Изображение полного размера

Рис. 9

Эволюция температуры ГТС — сравнение численной модели с экспериментальными данными для более высокого расхода ГТС. Наибольшее расхождение было между 5 и 15 мин.

Изображение полного размера

Массовый расход регулировался вручную задвижкой (GV1). Для более низкой скорости потока (рис. 8) регулирование не было совершенным. В начале и затем во время около 82 мин возникали колебания потока. Происхождение возмущений, вызвавших эти колебания, неизвестно. Некоторые гидравлические параметры системы должны были измениться внезапно. Однако даже самые значительные колебания не изменяют расход более чем на 15 % от среднего расхода, и нет видимого влияния на температуру на выходе. Кроме того, измеренный массовый расход берется непосредственно как один из входных данных для численной модели, поэтому флуктуации расхода не влияют на сравнение между экспериментом и моделью. Для большей скорости потока (рис. 9), скорость потока остается в пределах 2 % от средней скорости потока без каких-либо отчетливых колебаний.

Мощность и состояние заряда

Комплексная информация о производительности накопителя обеспечивает выходную тепловую мощность накопителя, указанную в виде

$$\dot{Q}={\dot{m}}_{HTF}\cdot \left ({h}_{HTFout}-{h}_{HTFin}\right)$$

(19)

и SoC определяется уравнениями. (16 и 17). Эти величины изображают графики на рис. 10 и 11.

Рисунок 10

Эволюция мощности и SoC — сравнение численной модели с экспериментальными данными для более низкого расхода HTF. 9Рисунок 11

Изображение полного размера

Авторы выделили две стадии выходной мощности в обоих проанализированных случаях: крутой спад от относительно высокого начального значения и постепенное снижение. Начальный пик мощности был прямо пропорционален скорости потока. потому что втекающая холодная вода заменила теплую воду в хранилище. Вода, содержащаяся в накопителе, аккумулировала около 25 % всей энергии накопителя для выбранного температурного диапазона, и большая ее часть была высвобождена на первом этапе. Вторая фаза характеризовалась постепенным снижением мощности, так как тепло от ПКМ выделялось все медленнее и медленнее из-за затвердевания ПКМ. Эта фаза занимает намного больше времени по сравнению с первой и поэтому является критической для работы хранилища.

Для обеих ступеней была достигнута более высокая мощность при более высоком расходе. Однако быстрое выделение энергии не может продолжаться очень долго. Выходная мощность при более низком расходе превзошла более высокую всего за четыре минуты и оставалась на вершине в течение десяти минут. Ситуация повторилась через 47 мин от начала эксперимента. Поскольку теплоаккумуляторы должны работать непрерывно, по крайней мере, пару часов со стабильной мощностью, кажется, что более подходящими являются более низкие скорости потока. Другой аргумент заключается в том, что более низкие скорости потока приводят к более высоким перепадам температур, которые более применимы в системах отопления. Постепенный рост расхода мог бы сделать выработку электроэнергии более равномерной, но дополнительный источник тепла (еще один накопитель или нагреватель) должен был бы догревать вытекающую ГТС в более поздние периоды.

SoC оценивали с помощью обоих представленных подходов (уравнения 16 и 17) с использованием данных экспериментов и моделирования. Применение к данным моделирования дало практически одинаковые результаты для обоих методов. Метод интегрирования мощности (SoC _P ), использованный для экспериментальных данных, привел к результату, очень близкому к результатам моделирования (особенно при более низкой скорости потока). Однако расчеты энтальпийным методом (SoC _H ) по экспериментальным данным отличаются от остальных. Во-первых, полностью заряженное хранилище не запускается с единицы. Причина в том, что внутренняя температура воды принимается как среднее значение температуры на входе и выходе. Он неправильно отображает реальность, особенно в начале. Авторы не считают это серьезной проблемой, так как расхождение исчезает через несколько минут. В качестве более серьезной проблемы необходимо решить значительное снижение SoC, которое произошло примерно в середине экспериментов. Это уменьшение связано с затвердеванием ПКМ, на что указывают измерения температуры внутри капсулы. У авторов есть два возможных объяснения расхождений. Это могло произойти из-за того, что датчики в капсуле не отображали истинное состояние PCM. Зависимость температура-энтальпия могла быть неточной, или датчики находились не на оси цилиндра. Другая возможность заключается в том, что выбранная измеренная капсула не представляет собой «среднюю» капсулу. Возможно, обтекание капсул водой в центре было более интенсивным, чем у стенки хранилища. Затем измеренная капсула будет охлаждаться быстрее, и именно на это указывают данные. Не исключено и сочетание обоих факторов.

Продолжительность разряда была оценена на основе SoC _P из экспериментов. Результаты представлены в таблице 3. Значительное сокращение времени, необходимого для сброса, было достигнуто за счет увеличения скорости потока. Четырехкратное увеличение скорости потока привело к сокращению времени примерно на одну треть для более низких степеней разрядки (более высокая SoC) и примерно наполовину для более глубоких разрядов. Однако, как уже говорилось, более высокие скорости потока создают меньшую разницу температур на входе и выходе при низкой полезности, и необходим повторный нагрев.

Таблица 3 Время от начала разрядки и разница температур на входе/выходе для выбранных значений SoC.

Полноразмерная таблица

Резюме

Представленная работа посвящена комплексной задаче проектирования, испытаний, численного моделирования и мониторинга накопителя скрытого тепла, который может работать с источниками тепла с нестабильной или неравномерной подачей тепла, такими как солнечные коллекторы. или комбинированные теплоэнергетические установки.

Целью конструкции накопителя была плотность накопленной энергии на единицу объема, быстрая зарядка/разрядка, простота изготовления и низкая себестоимость. Лабораторный теплоаккумулятор был собран и испытан. Он работал хорошо, хотя были обнаружены некоторые недостатки, особенно необходимо доработать уплотнение капсулы цилиндра. Однако потенциал общей идеи цилиндрических капсул, содержащих ПКМ, является многообещающим и дает хорошие параметры по сравнению с ранее опубликованными конструкциями.

Состояние ПКМ и удельная теплоемкость моделировались как зависящие от температуры с помощью функции распределения Гумбеля. Параметры модели были адаптированы к данным удельной парциальной энтальпии, предоставленным Rubitherm. Удельная теплоемкость стала важной частью модели скрытого хранения. Эта модель с сосредоточенными параметрами учитывала все части хранилища, имеющие отношение к аккумулированию тепла и потоку теплоносителя через хранилище. Сложный теплообмен при затвердевании ПКМ решался с помощью коэффициента теплопередачи, зависящего от состояния ПКМ. Модель была успешно настроена и подтверждена экспериментальными данными. Модель не требует больших вычислительных затрат и может быть включена в модели более крупных систем.

Экспериментальные исследования включали измерения скорости потока HTF и измерения температуры HTF и PCM во время разрядки накопителя. Авторы выделили две стадии: очень быстрое начальное падение температуры и мощности на выходе, связанное с заменой воды, и постепенное снижение температуры и мощности на выходе, вызванное медленным выделением энергии из ПКМ. Температурные данные ПКМ подтвердили сложность затвердевания ПКМ внутри капсул с естественной конвекцией в жидкости и теплопроводностью в твердом теле. Собранные данные также позволили оценить зависимость времени сброса от расхода. Более высокий расход HTF значительно сократил время нагнетания в обмен на низкую разницу температур между входом и выходом.

Два способа оценки состояния заряда (SoC) использовались как с экспериментальными, так и с модельными данными. Единственным, что отличалось от остальных, была SoC, оцененная по общей энтальпии хранения из экспериментальных данных. Возможная причина заключается в том, что измерения не фиксировали должным образом состояние хранения. Расположение датчика, вероятно, должно быть другим.

Несмотря на то, что эксперименты проводились в лабораторных масштабах, авторы уверены, что результаты могут быть применены к более крупным проектам. Однако другие аспекты, которые не были упомянуты в этой работе, должны быть решены в первую очередь для технически и экономически успешной эксплуатации теплоаккумулятора. Одним из них является выбор подходящего ПКМ, особенно в отношении температуры фазового перехода и долговременной стабильности. Еще одна стратегия – это стратегия управления мощностью, которая позволяет эффективно накапливать тепло при избытке и высвобождать его в периоды дефицита.

Ссылки

1. Густафссон, С. и Карлссон, Б. Г. Аккумуляторы тепла в сетях ТЭЦ. Преобразователи энергии. Управление 33 , 1051–1061 (1992).

   КАС Статья Google ученый

2. Стекене Г., Мартинайтис В., Андерсен А. Н. и Кац Й. Осуществимость ТЭЦ с теплоаккумуляторами на спотовом рынке Германии. Заяв. Энергетика 86 , 2308–2316 (2009 г.).

   Артикул Google ученый

3. Далла Роза, А. и Кристенсен, Дж. Централизованное теплоснабжение с низким энергопотреблением в районах с энергоэффективными зданиями. Energy 36 , 6890–6899 (2009).

   Артикул Google ученый

4. Guelpa, E. & Verda, V. Аккумулирование тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения и охлаждения: обзор. Заяв. Энергия 252 , 113474 (2019).

   Артикул Google ученый

5. «>

   Mongibello, L., Capezzuto, M. & Graditi, G. Технический и стоимостной анализ двух различных систем хранения тепла для жилых микро-ТЭЦ. Заяв. Терм. англ. 71 , 636–642 (2014).

   Артикул Google ученый

6. Rathod, M. & Banerjee, J. Термическая стабильность материалов с фазовым переходом, используемых в системах хранения скрытой тепловой энергии: обзор. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 18 , 246–258 (2013).

   КАС Статья Google ученый

7. Абхат, А. Хранение тепловой энергии со скрытой низкой температурой: материалы для хранения тепла. Сол. Energy 30 , 313–332 (1983).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

8. Сюй, Т., Гунасекара, С.Н., Чиу, Дж.Н., Палм, Б. и Савалха, С. Термическое поведение ПКМ на основе тригидрата ацетата натрия: T-история и полномасштабные испытания. Заявл. Энергия 261 , 114432 (2020).

   КАС Статья Google ученый

9. Соле, А., Миро, Л., Барренече, К., Марторелл, И. и Кабеса, Л.Ф. Обзор метода T-истории для определения теплофизических свойств материалов с фазовым переходом (PCM). Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 26 , 425–436 (2013).

   Артикул Google ученый

10. Yinping, Z. & Yi, J. Простой метод, метод T-истории, для определения теплоты плавления, удельной теплоемкости и теплопроводности материалов с фазовым переходом. Измер. науч. Технол. 10 , 201–205 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

11. Марин, Дж. М., Залба, Б., Кабеса, Л. Ф. и Мелинг, Х. Определение энтальпийно-температурных кривых материалов с фазовым переходом с помощью метода температурной истории: улучшение свойств, зависящих от температуры. Изм. науч. Технол. 14 , 184–189 (2003).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

12. Кравваритис, Э. Д., Антонопулос, К. А. и Циванидис, К. Усовершенствования в измерении тепловых свойств материалов с фазовым переходом. Измер. науч. Технол. 21 , 45103 (2010).

    Артикул Google ученый

13. Лю С., Ли Ю. и Чжан Ю. Обзор механизмов и характеристик теплопередачи в инкапсулированных ПКМ. Теплообмен. англ. 36 , 880–901 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

14. Nuytten, T. и др. Сравнительный анализ накопителей скрытой тепловой энергии для систем микро-ТЭЦ. Заяв. Терм. англ. 59 , 542–549 (2013).

    Артикул Google ученый

15. «>

    Сюй Т. и др. Оценка производительности трех конструкций накопителей скрытого тепла для когенерационных установок. 905:19 сол. Энергия 225 , 444–462 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

16. Медрано, М. и др. Экспериментальная оценка промышленных теплообменников для использования в качестве систем хранения тепла из ПКМ. Заяв. Энергия 86 , 2047–2055 (2009).

    КАС Статья Google ученый

17. Zauner, C. и др. Экспериментальная характеристика и моделирование аккумулирования скрытой теплоты в ребристых трубах с использованием полиэтилена высокой плотности в качестве ПКМ. Заяв. Энергия 179 , 239–246 (2016).

    Артикул Google ученый

18. Цаунер К., Хенгстбергер Ф. , Мерцингер Б., Хофманн Р. и Вальтер Х. Экспериментальная характеристика и моделирование гибридного накопления явного и скрытого тепла. Заяв. Энергетика 189 , 506–519(2017).

    КАС Статья Google ученый

19. Эслами, М., Хосрави, Ф. и Фаллах Кохан, Х. Влияние параметров ребер на производительность систем хранения тепловой энергии со скрытой теплотой: всесторонний обзор. Сустейн. Энергетика. Оценивать. 47 , 101449 (2021).

    Google ученый

20. Махди, М., Махуд, Х., Аламмар, А. и Хадом, А. Численное исследование плавления ПКМ с использованием различных конфигураций труб в кожухотрубном теплоаккумуляторе со скрытой теплотой. Терм. науч. англ. прог. 25 , 101030 (2021).

    Артикул Google ученый

21. Рехман, Т. , Али, Х., Джанджуа, М., Саджад, У. и Ян, В. Критический обзор увеличения теплопередачи материалов с фазовым переходом, встроенных в пористые материалы/пены. Междунар. J. Тепломассообмен. 135 , 649–973 (2019).

    КАС Статья Google ученый

22. Хашем Заде, С. М., Годрат, М., Раахемифар, К., Юнис, О. и Галамбаз, М. Оптимизация зарядки многотрубного накопителя скрытого тепла, содержащего композитный алюминиевый пенопласт/кокосовое масло, усиленное нанотехнологиями. Междунар. J. Тепломассообмен. 180 , 121757 (2021).

    КАС Статья Google ученый

23. Хамада Ю., Оцу В. и Фукай Дж. Тепловой отклик материала для хранения тепловой энергии вокруг труб теплопередачи: влияние добавок на скорость теплопередачи. 905:19 сол. Энергия 75 , 317–328 (2003).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

24. «>

    Барз, Т. и др. Экспериментальный анализ и численное моделирование кожухотрубного теплоаккумулятора с материалами с фазовым переходом. Индивидуальный инж. хим. Рез. 55 , 8154–8164 (2016).

    КАС Статья Google ученый

25. Сюй, Т., Хьюмир, Э. Н., Чиу, Дж. Н. и Савалха, С. Численное исследование тепловых характеристик прототипа накопителя скрытого тепла для эффективного использования в системах отопления жилых помещений. Заяв. Энергия 287 , 115631 (2020).

    Артикул Google ученый

26. Talati, F. & Taghilou, M. Применение решетки Больцмана при отверждении ПКМ в прямоугольном ребристом контейнере. Заяв. Терм. англ. 83 , 108–120 (2015).

    Артикул Google ученый

27. Агьеним, Ф., Хьюитт, Н. , Имс, П. и Смит, М. Обзор материалов, теплопередачи и формулировки проблемы фазового перехода для систем хранения тепловой энергии со скрытой теплотой (LHTESS). Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 14 , 615–628 (2010).

    КАС Статья Google ученый

28. Жембински Г. и др. Оценка состояния заряда материала с фазовым переходом твердое/жидкое в резервуаре для хранения тепловой энергии. Энергия 16 , 1425 (2020).

    Артикул Google ученый

29. Рубитерм. Лист данных RT35HC. https://www.rubitherm.eu/media/products/datasheets/Techdata_-RT35HC_EN_0

    20.PDF (2020).

30. Барз Т. и другие. Оценка состояния и заряда накопителя скрытой теплоты. Управление Eng. Практика. 72 , 151–166 (2018).

    Артикул Google ученый

31. «>

    Steinmaurer, G., Krupa, M. & Kefer, P. Разработка датчиков для измерения энтальпии систем хранения PCM. Energy Procedia 48 , 440–446 (2014).

    КАС Статья Google ученый

32. Waschull, J., Müller, R. & Hernschier, W. Холодильные устройства для интеграции интеллектуальных сетей. Energy Procedia 46 , 48–57 (2014).

    Артикул Google ученый

33. Эгольф, П. и Манц, Х. Теория и моделирование материалов с фазовым переходом с мягкими областями и без них. Междунар. J. Тепломассообмен. 37 , 2917–2924 (1994).

    Артикул Google ученый

34. Барц Т., Эмхофер Дж., Маркс К., Жембински Г. и Кабеза Л. Ф. Феноменологическое моделирование фазовых переходов с гистерезисом в твердом/жидком ПКМ. J. Стр. Выполнять. Симул. 12 , 1–19 (2019).

    Артикул Google ученый

35. Роккамена, Л., Эль Манкиби, М. и Статопулос, Н. Разработка и проверка численной модели инновационной системы хранения тепла на основе ПКМ. J. Хранение энергии 24 , 100740 (2019).

    Артикул Google ученый

Ссылки для скачивания

ГЛАВА 16: Аккумуляторы | Мощность и движение

Гидропневматические аккумуляторы

Гидроаккумуляторы

Аккумуляторы позволяют хранить полезные объемы практически несжимаемой гидравлической жидкости под давлением. Символы и упрощенные виды в разрезе на рис. 16-1 показывают несколько типов аккумуляторов, используемых в промышленности. Они не являются полными представлениями, но иллюстрируют общие принципы работы.

5-галлонный контейнер, полностью заполненный гидравлическим маслом при давлении 2000 фунтов на квадратный дюйм, выпустит только несколько кубических дюймов жидкости, прежде чем давление упадет до 0 фунтов на квадратный дюйм. Если бы один и тот же контейнер был заполнен наполовину маслом, а наполовину газообразным азотом, он мог бы слить более 1 1/2 галлона жидкости, в то время как давление упало бы всего на 1000 фунтов на квадратный дюйм. В этом большое преимущество гидропневматических аккумуляторов.

Типы аккумуляторов

Без сепаратора : Некоторые оригинальные аккумуляторы представляли собой емкости высокого давления со смотровым стеклом, показывающим уровень жидкости. Они были примерно наполовину заполнены маслом и наполовину газообразным азотом, и между ними не было разделительного барьера. Перед остановкой насоса запорный клапан на выпускном отверстии аккумулятора был закрыт, чтобы предотвратить утечку жидкости и газа. Этот тип аккумулятора сегодня не используется в новых схемах, но многие из них все еще находятся в эксплуатации.

Газонаполненная камера : Многие аккумуляторы теперь используют резиновую камеру для разделения газа и жидкости. Тарельчатый клапан в выпускном отверстии предотвращает выдавливание баллона, когда насос выключен. Первоначальная конструкция представляла собой ремонт днища, показанный слева на рис. 16-1. Он по-прежнему предлагается большинством производителей. Верхний вид ремонта справа теперь доступен и делает замену мочевого пузыря простой и быстрой.

Газонаполненный поршень : Газонаполненный поршневой аккумулятор имеет свободно плавающий поршень с уплотнениями для разделения жидкости и газа. Он работает и работает аналогично мочевому пузырю, но имеет некоторые преимущества в определенных приложениях. Поршневой газонаполненный аккумулятор может стоить в два раза дороже баллонного аккумулятора такого же размера.

Подпружиненный поршень : Подпружиненный поршневой аккумулятор идентичен газонаполненному, за исключением того, что пружина прижимает поршень к жидкости. Его главное преимущество в том, что нет утечки газа. Основным недостатком является то, что эта конструкция не подходит для высокого давления и большого объема.

Вес с нагрузкой : Все газонаполненные аккумуляторы теряют давление при сбросе жидкости. Это связано с тем, что газообразный азот был сжат поступающей жидкостью из насоса, и газ должен расширяться, чтобы вытолкнуть жидкость. Гидроаккумулятор на рис. 16-1 не теряет давление до тех пор, пока плунжер не достигнет нижнего предела. Таким образом, 100% жидкости используется при полном давлении в системе. Основным недостатком нагруженных аккумуляторов является их физический размер. Они занимают много места и очень тяжелые, если требуется большой объем. Они хорошо работают в центральных гидравлических системах, потому что обычно для них есть место в зоне силового агрегата. Однако центральные гидравлические системы теряют популярность, поэтому только на некоторых объектах используются гидроаккумуляторы. (Прокатные станы — это одно из приложений, где место для размещения больших предметов не является проблемой.) Обратите внимание, что для заполнения этих монстров часто требуется длительное время ожидания.

Мембранные аккумуляторы : Существуют также мембранные аккумуляторы с упругой или металлической диафрагмой. Они используются там, где хранимый объем невелик.

Рис. 16-1. Виды поперечного сечения и символы для гидроаккумуляторов

 

Для чего используются аккумуляторы?

Для увеличения подачи насоса: Чаще всего гидроаккумуляторы используются для увеличения подачи насоса. В некоторых контурах требуется большой объем потока в течение короткого времени, а затем в течение длительного периода используется небольшое количество жидкости или вообще не используется. Вообще говоря, когда половина или более машинного цикла не использует подачу насоса, приложение является вероятным кандидатом на схему аккумулятора.

Схема на рис. 16-2 использует несколько аккумуляторов для увеличения расхода насоса, поскольку время задержки составляет 45 секунд из 57,5-секундного времени цикла. Насос постоянного объема этого контура на 22 галлона в минуту работает под давлением в течение большей части цикла, чтобы заполнить цилиндр и аккумуляторы. Без аккумуляторов для этой схемы потребовался бы насос производительностью 100 галлонов в минуту, приводимый в движение двигателем мощностью 125 л.с. Первая стоимость меньшего насоса и мотора плюс аккумуляторы очень близка к стоимости более крупного насоса и мотора. Однако экономия энергии в течение срока службы машины делает изображенную схему гораздо более экономичной.

Рис. 16-2. Аккумуляторный контур, дополняющий подачу насоса

Одним из недостатков использования аккумуляторов для пополнения насоса является то, что контур должен работать при более высоком давлении, чем необходимо для выполнения работы. В схеме на рис. 16-2 для выполнения работы необходимо давление не менее 2000 фунтов на кв. дюйм. Это означает, что аккумуляторы должны быть заполнены до более высокого давления, чтобы они могли подавать дополнительную жидкость, не опускаясь ниже минимального давления. В этом контуре используется максимальное давление 3000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы хранить достаточное количество жидкости для цикла цилиндра за отведенное время и при этом иметь достаточную силу для выполнения работы. Регулирование потока в контуре необходимо, чтобы цилиндр не вращался слишком быстро. Аккумулятор выбрасывает жидкость с любой скоростью, с которой линии могут работать, при любом падении давления, когда канал потока открыт.

В контуре на рис. 16-2 используется насос фиксированного объема и клапан разгрузки и сброса аккумулятора. Клапан нагнетает поток насоса в аккумуляторы, когда давление падает примерно на 15% ниже максимального установленного давления. При установленном давлении разгрузочный клапан открывается, и весь поток насоса перетекает в резервуар при перепаде давления от 25 до 50 фунтов на квадратный дюйм. Пока насос работает в обход, обратный клапан предотвращает разгрузку аккумуляторов в резервуар. Клапан сброса (представляющий собой запорный клапан с высоким передаточным числом) удерживается закрытым за счет давления холостого хода насоса до тех пор, пока насос не отключится.

Для поддержания давления. Еще одним распространенным применением аккумуляторов является поддержание давления в контуре, когда насос не загружен. Это особенно полезно при использовании насосов с фиксированным объемом в длительных циклах выдержки. Схема ламинирующего пресса на рис. 16-3 зажимает материал и удерживает его под нагрузкой от одной до пяти минут. Если бы насос протекал через предохранительный клапан под высоким давлением в течение этого промежутка времени, было бы выделено много тепла, что привело бы к потере энергии. С насосом с компенсацией давления потери энергии будут меньше, но система все равно может перегреться за короткое время.

Рис. 16-3. Использование аккумулятора для поддержания давления и/или восполнения утечки

Добавление аккумулятора, регулятора расхода и реле давления к контуру насоса с фиксированным объемом позволяет насосу разгружаться, когда давление равно минимальной настройке реле давления или превышает ее. Если утечка через клапан или уплотнения цилиндра приводит к падению давления примерно на 5 %, реле давления переключает ходовой распределительный клапан, чтобы создать давление на конце крышки цилиндра и восстановить давление до максимального значения. Насос загружается только тогда, когда требуется жидкость. Эта схема будет непрерывно ламинировать детали и не требует теплообменника. Регулятор потока должен быть установлен на пониженную скорость, чтобы аккумулятор не сбрасывался слишком быстро, когда клапан управления направлением смещается для втягивания плиты. Поток для восполнения утечек незначителен и не требует высокой скорости.

Клапан сброса гидроаккумулятора, показанный на рис. 16-3, представляет собой запорный клапан с высоким передаточным числом, который удерживается в закрытом состоянии за счет низкого давления, когда насос не нагружен. Он открывается для сброса накопленной энергии при отключении насоса.

Для поглощения ударов: Быстроходные гидравлические контуры могут создавать скачки давления, вызывающие удары при резком прекращении потока. Аккумуляторы могут быть установлены в таких подверженных ударам контурах, чтобы уменьшить разрушительные скачки давления и расхода до приемлемого уровня или полностью устранить их. (Аккумуляторы могут справляться с другими проблемами, связанными с скачками давления, с некоторыми дополнительными клапанами для особых случаев.)

На рис. 16-4 показан аккумулятор, установленный для устранения скачка давления, вызванного внезапной закупоркой потока. Заправка азотом в этой установке должна быть на 5-10 % выше рабочего давления. Это удерживает аккумулятор вне контура, за исключением случаев скачков давления. Аккумулятор баллонного типа работает здесь лучше всего из-за его быстрой реакции на изменения давления. (Будьте осторожны, применяя аккумуляторы к ударным ситуациям. Фактически можно усилить удар, вместо того, чтобы уменьшить или устранить его.)

Рис. 16-4. Использование аккумулятора для устранения ударов, вызванных внезапной остановкой потока

В качестве аварийного источника питания: Некоторым машинам с гидравлическим приводом всегда может потребоваться остановка в открытом положении, чтобы не повредить продукт или оборудование. Когда из-за сбоя питания гидравлический насос отключается, а машина находится в каком-либо положении, кроме открытого, должен быть какой-то способ открыть ее. Резервный насос с приводом от двигателя мог бы заполнить счет, а в некоторых случаях может быть лучшим средством. Другой вариант — использовать аккумуляторы, которые заряжаются перед первым циклом и удерживаются в таком состоянии до тех пор, пока машина не выключится. Накопленная энергия готова к циклу машины в открытое положение в случае сбоя питания.

Схема, показанная на рис. 16-5, управляет шиберным затвором на бункере для отходов, который открывается гидравлически для заполнения перегрузочного грузовика. Цепь расположена в отдаленном районе, подверженном перебоям в подаче электроэнергии, поэтому она была разработана для автоматического закрытия ворот в случае отключения электроэнергии.

Рис. 16-5. Использование аккумулятора в качестве аварийного источника питания

На принципиальной схеме показан цилиндр в состоянии покоя с работающим насосом. При запуске установки на соленоиды C и C2 на нормально открытых 2-ходовых распределителях подается питание. Они остаются под напряжением, пока работает насос. Первый поток насоса проходит через обратный клапан и заполняет аккумулятор жидкостью, достаточной для выдвижения цилиндра из любого открытого положения. Когда электричество доступно, ворота можно открывать и закрывать, чтобы сбрасывать отходы в ожидающий грузовик. Если грузовик заполняется и происходит сбой питания, насос останавливается, и все соленоиды обесточиваются. В этот момент аккумулятор подключается к концу крышки цилиндра, а жидкость в конце штока цилиндра имеет свободный путь к баку.

Обратите внимание на ручной слив, подключенный к линии между обратным клапаном и аккумулятором. Этот дренаж должен быть открыт перед работой с контуром. Табличка на машине предупреждает обслуживающий персонал о потенциальной опасности, если аккумулятор не слит. Аварийные источники питания являются единственным аккумуляторным контуром, который в большинстве случаев не может быть автоматически разряжен.

Меры предосторожности при работе с аккумуляторами

• Всегда принимайте меры для слива аккумулятора при выключении. (В конце этого раздела показано несколько способов автоматического слива аккумулятора. Кроме того, всегда есть старый запасной вариант — ручной слив.) Никогда не работайте с контуром с аккумулятором, пока не убедитесь, что давление в нем сброшено.
• Убедитесь, что поток аккумулятора ограничен до разумного уровня во время работы, и отключите его, чтобы избежать повреждения машины или трубопровода. Аккумуляторы будут разряжать жидкость с любой скоростью, которую позволяет путь выходного потока. Такой высокий поток длится недолго, но ущерб, который он причиняет, наносится быстро.
• Всегда изолируйте насос от аккумулятора обратным клапаном, чтобы жидкость не могла обратно течь в насос. Без обратного клапана обратный поток гидроаккумулятора может отбросить насос назад и в некоторых случаях привести к выходу из строя.
• Проверяйте давление предварительной зарядки аккумулятора при установке и не реже одного раза в день в течение первой недели эксплуатации. Если за это время заметной потери давления не наблюдается, сделайте следующую проверку через неделю. Если все в порядке, после этого проводите плановую проверку каждые три-шесть месяцев. Всякий раз, когда предварительное давление в аккумуляторе падает ниже номинального, объем доступной жидкости уменьшается, и, наконец, цикл замедляется.

Один из способов проверить предварительную заправку гидроаккумулятора — выключить насос, дать гидроаккумулятору слить все масло обратно в бак, а затем соединить элементы зарядного комплекта, рис. 16-6. Сначала снимите крышку газового клапана и установите манометр комплекта заправки, шланг и Т-образную рукоятку в сборе на газовый клапан. Затем поверните тройник, чтобы открыть клапан и считать манометрическое давление. Однако каждый раз, когда выполняется эта операция, есть вероятность, что клапан не сядет на место и начнется утечка газа.

Рис. 16-6. Зарядка аккумулятора или проверка его давления предварительной зарядки с помощью набора для зарядки

Чтобы избежать потенциальной утечки газа, на рис. 16-7 показаны два неинвазивных метода проверки предварительной зарядки. И то и другое быстро, просто и может быть выполнено практически в любое время без длительного перерыва в производстве. Любой из этих способов обеспечивает быструю и достаточно тщательную проверку без вторжения в какую-либо сантехнику. Они не на 100 % точны, но будут в пределах ± 5 % от показаний манометра — практически любой, кто их использует. Метод слева наименее точен, особенно при использовании заполненного глицерином манометра.

Метод «Только запуск насоса» Метод слева показывает скачок давления после запуска насоса, а затем устойчивый подъем до установленного давления. Этот первый скачок представляет собой давление предварительной зарядки, а устойчивый подъем происходит во время сжатия газа в камере или за поршнем. Продолжительность времени между первым скачком давления и достижением давления в системе зависит от объема аккумулятора и производительности насоса.

Рис. 16-7. Две неинвазивные процедуры проверки давления предварительной зарядки аккумулятора

Метод отключения насоса при полном давлении является самым простым и точным, особенно если клапан сброса гидроаккумулятора управляется вручную. Жидкость можно медленно сливать с помощью ручного сброса, поэтому манометр медленно достигает давления предварительной зарядки.

При использовании этого метода система должна находиться под давлением, а аккумулятор должен быть заряжен как минимум выше давления предварительной зарядки. При отключении системы открывается либо автоматический, либо ручной дренаж, и давление начинает падать. Поскольку манометр считывает давление масла, а единственная причина, по которой существует давление, — это захваченный газ над ним, давление упадет до точки, а затем внезапно упадет до нуля. Считайте давление, когда манометр внезапно упадет до нуля, чтобы определить предварительную заправку газом.

Этот метод является наиболее точным, но не таким точным, как показания манометра, поэтому используйте его для беглой проверки так часто, как это необходимо, чтобы увидеть, держится ли заряд газа.

Предварительное давление аккумулятора

Обычно газонаполненные аккумуляторы предварительно заряжаются приблизительно до 85 % минимального рабочего давления системы. Это гарантирует, что камера или поршень не сбрасывают всю жидкость во время каждого цикла. Если вся жидкость откачивается с высокой скоростью, баллоны могут застрять в тарельчатых клапанах, а поршни могут деформироваться, когда металл соприкасается с металлом.

В некоторых приложениях этот показатель 85% может быть низким, поскольку минимальное давление в системе низкое. В таком случае используйте гидроаккумулятор поршневого типа, поскольку поршень может перемещаться по стволу почти на любое расстояние без повреждений. Баллонный аккумулятор не следует использовать, если давление предварительной зарядки составляет менее половины максимального давления. Это позволяет избежать настолько сильного сжатия мочевого пузыря, что трение о самом себе приводит к образованию в нем отверстий.

Применение аккумуляторов

Многие приложения могут использовать аккумуляторы любого типа с одинаково удовлетворительными результатами. Однако бывают случаи, когда один конкретный стиль более чувствителен или предлагает более длительный срок службы. Как упоминалось в предыдущем разделе, величина давления предварительной зарядки является одной из причин выбора баллонного или поршневого аккумулятора.

Аккумуляторы с грузом медленно реагируют на повышение давления, поэтому они плохо работают в качестве амортизаторов. Гидроаккумуляторы снижают, но не останавливают скачки давления. Поршневые аккумуляторы не так быстро, как баллонные, реагируют на быстрое повышение давления. Поэтому в таких ситуациях лучшим выбором является аккумулятор баллонного типа.

Некоторые контуры аккумуляторов устанавливаются для гашения скачков высокого давления на выходе из поршневых насосов. Поршневой аккумулятор в этом приложении не может реагировать достаточно быстро, чтобы выполнить работу. Кроме того, короткий ход поршня и уплотнений может вызвать чрезмерный износ отверстия и уплотнений. Баллонный аккумулятор лучше всего работает в этой схеме.

Размеры аккумуляторов

Большинство поставщиков аккумуляторов предлагают в своей литературе информацию о размерах аккумуляторов для любой из вышеперечисленных цепей. Многие предлагают компьютерные программы, которые требуют только ввода системных требований. Затем программа вычисляет размер аккумулятора и выводит номер детали. Одна компания предлагает формулу и программное обеспечение для использования в Интернете.

Клапаны сброса аккумулятора

Во всех вышеперечисленных применениях аккумулятора (кроме случая аварийного энергоснабжения) жидкость аккумулятора сливалась автоматически при отключении. Это очень важно, потому что аккумуляторы хранят энергию, которая может представлять угрозу безопасности и может привести к повреждению машины. Ниже приведены примеры различных типов клапанов и контуров сброса аккумулятора.

На рис. 16-8 показана одна часто используемая схема. Нормально открытый двухходовой гидрораспределитель с соленоидным управлением вставлен в линию насоса между запорным обратным клапаном и аккумулятором. Соленоид подключен так, что на него подается питание при запуске насоса и обесточивается при остановке насоса. Отверстие перед двухходовым клапаном регулирует поток, когда аккумулятор разряжается, чтобы предотвратить повреждение клапана. Эта схема одинаково хорошо работает с насосами с постоянным рабочим объемом или с насосами с компенсацией давления.

Рис. 16-8. Цепь, использующая электромагнитный клапан для сброса аккумулятора

Предупреждение: некоторые электромагнитные клапаны, даже если они предназначены для непрерывной работы, сильно нагреваются при длительном включении. Такой перегрев может привести к образованию лаковых отложений и блокировке внутренних частей клапана в закрытом состоянии после отключения насоса. Это означает, что захваченная энергия не разряжается, и аккумулятор может причинить вред любому, кто работает с цепью.

Цепь дампа на рис. 16-9только для насосов с компенсацией давления. Упакованный набор клапанов изолирует аккумулятор во время работы насоса и автоматически сбрасывает его при отключении. Комплект состоит из запорного обратного клапана, обратного клапана с пилотным управлением и дроссельной заслонки.

Рис. 16-9. Контур с гидравлическим приводом, который изолирует и опорожняет аккумулятор, питаемый насосом с компенсацией давления

При запуске насоса поток поступает в контур и аккумулятор. Давление на выходе насоса смещает пилотный обратный клапан, блокируя поток в резервуар. Когда аккумулятор заполнен, насос компенсирует отсутствие потока, и контур ожидает нового цикла. Когда давление падает, насос возвращается на ход и компенсирует поток, поступающий в контур. При остановке насоса управляющее давление на обратном клапане, закрывающем пилот, падает, и клапан смещается в открытое положение. Теперь запасённая в аккумуляторе энергия передаётся в бак через отверстие. Эта схема очень надежна, поскольку закрытие и/или открытие клапанов зависит от давления в системе или насосе.

Насос с фиксированным объемом должен быть подключен к резервуару при очень низком давлении, когда его поток не выполняет работу. Общая схема разгрузки насоса фиксированного объема и сброса аккумулятора показана на рис. 16-10. Разгрузочный предохранительный клапан с внутренним управлением и встроенным обратным клапаном направляет весь поток насоса в контур и аккумулятор до тех пор, пока в системе не будет достигнуто заданное давление. Когда регулирующий шар начинает разгружаться, давление в системе давит на разгрузочный поршень и выталкивает его из седла. Это снимает все давление с верхней части тарелки предохранительного клапана. Насос разгружается в бак при давлении от 25 до 100 фунтов на квадратный дюйм, пока давление в системе не упадет примерно на 15%. После этого падения сила пружины толкает разгрузочный поршень назад, и поток насоса снова поступает в контур.

Рис. 16-10. Контур с гидравлическим приводом, который изолирует, разгружает и опорожняет гидроаккумулятор, питаемый насосом с постоянным рабочим объемом.

Клапан сброса гидроаккумулятора блокирует попадание жидкости в бак при работающем насосе и открывается для сброса накопленной энергии, когда насос отключается. Клапан сброса гидроаккумулятора представляет собой обратный клапан с высоким соотношением (до 200:1) пилот-закрытие, который удерживается в закрытом состоянии за счет разгруженного или рабочего давления насоса. При соотношении площадей тарельчатого клапана и управляющего поршня 200:1 давление 25 фунтов на квадратный дюйм в пилотном порте остановится на уровне 5000 фунтов на квадратный дюйм при закрытии тарельчатого клапана. Это удерживает жидкость в контуре гидроаккумулятора до отключения насоса. Затем вся хранящаяся под давлением жидкость быстро и безопасно перетекает в бак. (Один поставщик предлагает разгрузочный предохранительный клапан и клапан сброса аккумулятора в одном корпусе. Эта комбинация упрощает трубопровод, обеспечивая тот же эффект.)

Другие применения аккумуляторов

Аккумуляторы также используются в системах, в которых тепловое расширение может вызвать избыточное давление. Цилиндры с заблокированными отверстиями в зоне с высокой температурой окружающей среды могут работать под высоким давлением, если расширяющейся жидкости некуда идти.

Аккумуляторы также используются в качестве барьера между двумя разными жидкостями. Насос, использующий гидравлическую жидкость, поддерживает давление в контуре, в котором используется вода или другая несовместимая среда.

Один поставщик предлагает аккумуляторы низкого давления в качестве дыхательных устройств для герметичных резервуаров. Это предотвращает попадание переносимых по воздуху загрязняющих веществ в гидравлическое масло при повышении и понижении уровня жидкости.

Для получения дополнительных схем и другой информации об аккумуляторах см. выходящую в свет электронную книгу автора «Объяснение гидравлических цепей».

Отношения Ragone для технологий хранения тепловой энергии

Графический реферат . Сосредоточенная теплоемкость помещена в середину теплопроводности, чтобы эффективно согласовать постоянную времени в динамическом тепловом отклике.

Введение

Полвека назад Рагон опубликовал обзор электрохимических батарей и аккумуляторов на топливных элементах (Рагоне, 1968) для сравнения мощности и энергоэффективности аккумуляторов в электромобилях до появления подключаемых к сети электромобилей (EV) (Rotering and Ilic, 2011). Это графическое сравнение, позже названное «графиком Рагона», наглядно и количественно представляет, как различные аккумуляторные технологии сравниваются по отношению к этим двум показателям производительности электромобилей. Автомобильные приложения особенно требовательны к батареям из-за потребности как в запасе хода, так и в ускорении (Kroeze and Krein, 2008). Подбор аккумуляторов к сильноточным двигателям является особенно сложной задачей из-за большого времени отклика первых и собственного выхода постоянного тока.

После этого график Рагона стал важным картографическим методом для сравнения различных технологий электрохимического накопления энергии. Например, Кристен и Карлен (Christen and Carlen, 2000) смоделировали производительность накопителей энергии с учетом физических основ, а позже Кристен и Олер предложили оптимизированные накопители энергии на основе графика Рагона (Christen and Ohler, 2002). Саймон и Гогоци (Simon and Gogotsi, 2008) считали, что электрохимические конденсаторы мотивируют исследования материалов, направленные на приложения большой мощности и энергии. Этачери и др. использовал график Рагона (Etacheri et al., 2011) для оценки ведущих исследований литий-ионных аккумуляторов. Винтер и Бродд (Winter and Brodd, 2004) использовали этот подход для обзора аккумуляторов и других технологий хранения, включая топливные элементы.

Здесь мы сосредоточимся на аккумулировании тепловой энергии для потенциального использования в различных зависящих от времени системах тепловой энергии и управления тепловым режимом, в которых тепло должно эффективно храниться и передаваться. Традиционное хранение тепловой энергии изучалось как недорогая альтернатива электрохимическим батареям как форма хранения энергии, а иногда и как источник большей мощности, например, геотермальная энергия (Lund and Freeston, 2001) и другие технологии хранения тепловой энергии ( Го и Гумба, 2018 г.). Как и в случае с суперконденсаторами в силовой электронике, возникающий класс проблем, связанных с импульсными формами энергии, требует высокой плотности тепловой мощности в течение коротких периодов времени. Неизбежно, что подходы к увеличению удельной мощности аккумулирования тепловой энергии (использование большей объемной доли теплораспределителей, включение частиц или волокон с высокой теплопроводностью или использование ПКМ из легкоплавких сплавов) имеют тенденцию к увеличению удельной мощности за счет плотности накопления энергии. В таких случаях баланс между энергией и мощностью становится критическим, особенно для систем с ограниченным пространством или весом. Поэтому мы приводим здесь тепловой анализ Рагона, чтобы определить важные атрибуты для исследования материалов и разработки систем.

В этой статье сначала рассматривается тесная аналогия между тепловыми и электрическими системами, а также проводится сравнение и обсуждение их сходств и различий (Thornton et al., 1986; Ikeda et al., 2010). Затем в документе представлены показатели накопления тепла на основе обычных твердых материалов с последующим рассмотрением материалов с фазовым переходом (PCM) (Cabeza, 2015), специально используемых для управления температурой в зависимости от времени. Показатель качества ( η _q ), основанный на аналитическом решении проблемы фазового перехода Неймана-Стефана, разработанном в предыдущей работе (Shamberger, 2016), помещен в контекст Рагона для рассмотрения однофазных материалов наряду с ПКМ. на равноценной основе.

Моделирование динамических характеристик

Электротермическая аналогия

Концепция емкости накопления энергии является общей как для тепловых, так и для электрических режимов. Как для проводящих, так и для изоляционных материалов аналогия, описанная здесь, обычно применима для твердых тел или жидкостей в состоянии покоя (т. е. без конвекции или адвекции), поскольку нет эквивалента конвективным процессам в электрическом режиме. Следовательно, некоторые методы анализа электрических цепей обычно применимы для анализа переходной и стационарной энергии тепловых задач (например, Робертсон и Гросс, 19).58). На практике тепловые проблемы обычно зависят от трехмерной геометрии вещества. Следовательно, здесь мы принимаем сосредоточенные тепловые свойства, чтобы лучше увязать с электрической аналогией. В таблице 1 указаны эквивалентные термины в этой аналогии, включая соответствующие единицы СИ. Тепловые (электрические) параметры используют температуру (напряжение) в качестве потенциала, где тепловой (электрический) ток управляется пространственным градиентом этих потенциальных условий. Термины «емкость» и «сопротивление» относятся к накоплению тепла (заряду) или сопротивлению тепловому (электрическому) току соответственно. Как правило, электрические параметры содержат дополнительный потенциальный член в знаменателе, который возникает из-за того, что электрические члены включают поток заряда вместо энергии.

Таблица 1 . Свойства и характеристики в тепловой и электрической аналогии на основе потока энергии в прямоугольном твердом теле длиной L [м] и площадью поперечного сечения A [м ² ].

Например, в управлении температурой электроники количество теплового потока, допустимое для пути проводимости в ограниченных размерах, является важным технологическим фактором. Это относится к хранению тепла, где тепловой ток ведет себя аналогично электрическому току в электрохимических батареях. Компромисс между тепловой мощностью и энергоемкостью качественно эквивалентен электрохимическим батареям для электромобилей.

Сосредоточенная тепловая модель

Чтобы прояснить природу динамического накопления тепла, мы сначала проанализируем случай сосредоточенной однофазной тепловой массы, применяя подход эквивалентной схемы, взятый из электрического аналога. Рассмотрим объем, состоящий из прямоугольного блока с геометрией длины L [м] вдоль направления теплового потока и площадью поперечного сечения A [м ² ] перпендикулярно направлению потока, и с адиабатической поперечной и конечные границы. Начальная температура блока постоянна при Т ₀ . Поверхность теплового контакта определяется граничным условием Дирихле, где температура задается постоянной для t > 0 в течение достаточно продолжительного времени. Противоположная сторона считается подверженной граничному условию Неймана, где градиент температуры всегда равен нулю (d 90 519 T 90 520 / d 90 519 x 90 520 = 0). В режиме зарядки энергии температурный резервуар T _h контактирует в нулевое время и после этого поддерживается. Температурная реакция на другом конце, а также накопление энергии и скорость накопления энергии представляют первостепенный интерес. В устойчивом состоянии ( t → ∞), температура приближается к T ( L, t ) → T _h , что соответствует полной зарядной емкости. Для случая контакта с холодным резервуаром ( T _c < T _h ) подход аналогичен, но с отводом тепла до достижения теплового равновесия. На рис. 1 показана концептуальная схема физических представлений.

Рисунок 1 . Схемы физических представлений случаев контакта с горячей (слева) или холодный (справа) резервуар. В обоих случаях резервуар температуры первоначально контактирует с блоком объекта в точке t = 0.

Простую тепловую схему можно построить по аналогии с электрическими цепями. В этой модели первого порядка сосредоточенная емкость существует в пределах общего теплового сопротивления ( R = R ₁ + R ₂ ) по всему объекту. Сосредоточенная тепловая масса не должна находиться ни на контакте, ни на противоположном конце, как это показано на принципиальной схеме рис. 2.9.0011

Рисунок 2 . Схема тепловой сети тепловой модели с сосредоточенными массами. В зависимости от прикосновения к горячему или холодному, переключателем (SW) меняется направление потока энергии.

Используя метод тепловых квадруполей (Maillet et al., 2000), оба сопротивления R ₁ и R ₂ , а также емкость C _{eff могут быть выражены в единицах эфф. импедансов через преобразование Лапласа, с Z 1 , Z 2 и Z 3 описываются:}

Z1=Z2=ch(γL)-1kAγsinh(γL),Z3=1kAγsinh(γL),Z3=1kAγsinh(γL),Z3=1kAγsinh(γL),Z3=1kAγsinh(γL), где γ=pα, а p – параметр преобразования Лапласа. Через большой промежуток времени с безразмерным временем α t / L ² → ∞ и его эквивалентом в пространстве Лапласа (γ L ) ² = L

5 2

6

6 α 0, Z ₁ и Z ₂ асимптотически сходятся к чистым сопротивлениям половинной длины ( L /2) твердого тела. Аналогично, Z ₃ сходится к чистой теплоемкости в пространстве Лапласа 1Ceffp, поскольку sh( x )| _{х → 0} ≈ х . В литературе можно найти более общие методы аналитического моделирования с использованием функций Грина (Cole et al., 2011) и функций Бесселя (Ozisik, 1993). Они экстенсивно используются для определения деталей температурного профиля в определенное время. Однако в наших целях знание постоянной времени более важно для дальнейшего анализа, чем данные временного ряда. Позже аналитическая модель проверяется путем сравнения с дискретной моделью и проверки с помощью численных расчетов с помощью метода пары конечных элементов. Тепловое сопротивление и емкость схемы на рисунке 2 можно выразить как

R1=R2=12LkA    (2)

Ceff= ρLAcp    (3)

, где эффективная емкость приведена к средней точке общего теплового сопротивления. Блок системы с сосредоточенными параметрами обозначен в Graphical Abstract.

Постоянная времени переходного теплового отклика однофазного объема определяется как (средняя точка). Это предположение впоследствии проверяется с помощью модели распределенной тепловой массы. Зависящая от времени температура 9Наибольший интерес здесь представляют 0519 T ( L, t ) и расход тепла Q.( t ) на контакте. Определяя избыток температуры на контакте как θ(t)=[T(L,t)-Tc][T(L,t→∞)-Tc] , эта величина выражается как

θ(t)=( 1-exp(-tτ) )    (5)

Зависящая от времени удельная энергия, накопленная в твердом теле на единицу повышения температуры E ( t ) находится как E ( t ) = c _р θ ( т ). При t → ∞ удельная тепловая энергия, накопленная на единицу повышения температуры E * [Дж/кг/К] в этой системе с сосредоточенными параметрами сходится к полной удельной энергии, заполняющей емкость; следовательно, это становится традиционным определением удельной теплоемкости,

E*=E(t)|t→∞=cp(1-exp(-tτ))|t→∞=cp    (6)

Удельная мощность (на запас тепла и повышение температуры) Q.(t) [Вт/кг/K] протекает через контакт ( x = 0) и может быть выражено как

Q.(t)=dE(t)dt=cpddt(1-exp(-tτ))=cpτexp(-tτ)    (7)

Эта функция только уменьшается с увеличением времени. Следовательно, удельная мощность максимальна при t → 0 при контакте и уменьшается до нуля при t → ∞. Максимальная удельная мощность

Ом.*(t)=cpτexp(-tτ)|t→0=cpτ=2kL2ρ    (8)

Удельная мощность состоит из отношения двух элементарных свойств материала k / ρ , а удельная энергия практически совпадает с классическим определением удельной теплоемкости с _р из материала. Это показатели соотношения тепловой мощности и энергии в режиме простой диффузии тепла. Это соотношение можно назвать тепловым соотношением Рагона по аналогии с электрохимическими батареями. Тепловой график Рагона показывает максимальную удельную мощность для конкретной геометрии (уравнение 8) в зависимости от максимальной удельной энергии (уравнение 6). На рис. 3 представлена ​​термическая диаграмма Рагона для выбора однофазных материалов из табл. 2.

Рисунок 3 . Термическая диаграмма Рагона для однофазных материалов (таблица 2). Включено влияние включения скрытой теплоты на парафин (раздел «Моделирование материала с фазовым переходом»). Значения относятся к кубической геометрии длиной 0,1 м, окруженной адиабатическими границами, за исключением поверхности теплового потока. В расчете используются начальная температура 40°С, контактная температура 60°С и температура плавления (парафина) 50°С.

Таблица 2 . Материальные свойства выбранных твердых тел.

Модель распределенной тепловой массы

Модель распределенной тепловой массы была продемонстрирована ранее (Jackson and Fisher, 2016) с численным временным анализом для однофазного материала. Этот подход оценивает способность ранее обсуждавшейся модели сосредоточенной массы отражать динамику теплового процесса. Граничные условия и размеры точно такие же, как и у модели с сосредоточенными параметрами. Безразмерные температурные отклики обеих моделей сравниваются на рис. 4. i представляет собой номер элемента с контактной поверхности (0 ≤ i ≤ n ), а Δ x представляет собой длину элемента, такого что L = n Δ x . Мы сравниваем нормализованное повышение температуры, полученное из модели с сосредоточенными параметрами, и этой численной модели. Рисунок ясно показывает постоянство постоянных времени (при x = L ), когда нормализованные температуры достигают 63,2% установившегося состояния. Отличие, которое не учитывает модель с сосредоточенными параметрами, заключается в более медленном повышении температуры около x = L на ранних стадиях и более быстрая сходимость к устойчивому состоянию для времен, превышающих постоянную времени.

Рисунок 4 . Нормированные температурные отклики дискретной модели ( n = 20). Модель сосредоточенной массы, выделенная жирной линией, для твердого кремния с постоянной времени 67,5 с.

Моделирование материала с фазовым переходом

Модель сосредоточенной массы

Использование скрытой теплоты увеличивает емкость тепловой энергии на массу [Дж/кг] для приложений хранения энергии. Здесь разработана динамическая модель сосредоточенной массы с эффективной теплоемкостью, включающая фазовый переход с вкладом скрытого тепла. Для жидкой и твердой фаз необходимо учитывать два набора свойств, для которых суффиксы l и s используются соответственно. При фазовом переходе изменением объема для удобства пренебрегают, и, следовательно, геометрия остается жестким контейнером. Используя подход, аналогичный энтальпийному методу (Jackson and Fisher, 2015), вводится эффективная удельная теплоемкость c _{p, eff} . Мы рассматриваем температурное окно вокруг истинной точки плавления, в котором температура более низкой стороны T _m1 и температура более высокой стороны Т _м2 являются критическими.

cp,eff=cp,s(T

cp,eff=cp,l(T-Tm1)+H+cp,s(Tm2-T)Tm2-Tm1  (Tm1≤T≤ Tm2)    (10)

cp,eff=cp,l            (Tm2

, где H – теплота плавления. Фронт расплава перемещается по мере тепловых потоков, а его положение соответствует средней температуре плавления0488 )/2, отслеживается. Следовательно, теплоемкость, возникающая в результате комбинированного действия явного тепла в жидкости и твердом теле вместе со скрытой теплотой, сосредоточена на фронте плавления на расстоянии от источника x (0 ≤ x ≤ L ). Из-за этой динамики положение точки разделения, x , зависит от продвижения фронта плавления, в результате чего термические сопротивления Rl=xklA и Rs=(L-x)ksA становятся функциями времени. Тогда эффективная емкость определяется как

Ceff=(ρs(L-x)+ρlx)Acp,eff    (12)

Therefore, the three elements ( R _l , R _s , and C _eff ) в динамической тепловой схеме по аналогии можно установить, как показано на рис. масса становится L /2 и, следовательно, постоянная времени такая же, как обсуждалось ранее. Здесь мы определяем эффективную постоянную времени τ _eff в точке, где нормализованная температура достигала 63,2%.

Рисунок 5 . Модель сосредоточенной массы материала с фазовым переходом (PCM). Эквивалентная аналитическая тепловая схема (слева) представляет собой одномерный динамический накопитель тепла (справа) .

Температурный отклик определяется с помощью модели с одной сосредоточенной тепловой массой, основанной на (уравнении 5), но с приведенным выше выражением для C _эфф . Численный расчет также был проведен с применением этого C _eff в модель, полученную в разделе Модель распределенной тепловой массы.

Аналитическая модель

Для проверки приближенных динамических моделей, описанных выше, мы сравниваем эти результаты с точным аналитическим решением для полубесконечной среды с граничным условием постоянной температуры. Аналитическое решение двухобластной задачи Неймана-Стефана в 1-D: T0=erfc(x/2αst)erfc(λ2αl/αs )    (13)

In the ideal limit of a small temperature difference across the phase transition region ( x = x _m ), T _m1 T _m and T _m2 T _m , оба левых члена сходятся к единице. Место фазового перехода x _m ( t ) находится путем совместного решения предыдущих уравнений, где λ ₂ – решение трансцендентного уравнения:

λ2π=Stleexp(λ22)erf(λ2)-Stsαsαlex(λ22αl/αs)erfc(λ2αl/αs )    (14)

Параметр λ ₂ намного больше единицы, когда материал является однофазным. Например, в случае горячего контакта число Стефана St определяется как:

Sts=Cp,s(Tm-Tc )/H    (15)

Stl=Cp,l(Th-Tm )/ H    (16)

, где T _m — температура плавления. Для St _l < 1, λ~Stl. По вышеизложенной методике расположение фронта плавления x _m ( t ) и температура торцевой стенки T ( L, t ). Здесь нормированная температура плавления θ _m определяется как

θm=(Tm-T0)/(Tw-T0)    (17)

сосредоточенные модели (однократная экспоненциальная и численная), основанные на C _eff и аналитической модели. Из-за прогрессирования локализации сосредоточенной массы (см. рис. 2) C _eff модели показывают более медленный отклик, чем аналитическая модель на ранних стадиях, а затем несколько завышают скорость отклика после пересечения вблизи постоянной времени сосредоточенных моделей. Точка пересечения для случая θ _м = 0,0 достаточно близка к постоянной времени, равной 3,2 × 10 ⁴ с, а эффективная постоянная времени для случая θ _м = 5,0 равна 2,6 × 10 ⁴ с. Больше θ _м (более высокая температура плавления) имеет тенденцию к более быстрому повышению температуры.

Рисунок 6 . Нормализованная температура торцевой стенки θ ( x = L, t ) к стационарному состоянию для различных моделей, где L = 0,01 м. Свойства материала типичны для парафина (табл. 1) с теплотой плавления H = 2,44 × 10 ⁵ [Дж/кг]. Сосредоточенная (одна экспоненциальная функция) и числовая модели используют C _эфф , определяемые уравнениями (9–11). Для этого примера нормированный диапазон истинной температуры плавления составляет 0,1. Аналитические модели представляют собой случаи нормированных температур плавления θ _m = 0,5 и 0,0.

Здесь термическое соотношение Рагона можно расширить, используя C _eff в качестве показателя для материалов с общим фазовым переходом (PCM). Большее C _эфф из-за скрытой теплоты резко увеличивает максимальную удельную энергию (см. уравнение 6). Напротив, максимальная удельная мощность слабо изменяется с другими теплофизическими свойствами (теплопроводностью и плотностью). Влияние изменения фазы на эффективную удельную мощность видно на рисунке 6, поскольку аналитическая модель, основанная на точном решении задачи Неймана-Стефана, показывает более быстрый начальный отклик по сравнению с сосредоточенной C _eff модель, а затем идет медленнее после прохождения эффективной постоянной времени.

Показатель качества для материалов, аккумулирующих тепло

В предыдущих разделах представлены средства для анализа относительных компромиссов между холодопроизводительностью и аккумулированием тепловой энергии путем анализа конкретной тестовой геометрии. Однако практические проблемы накопления тепла состоят из уникальной геометрии и граничных условий, которые могут усложнить сравнение между различными PCM и зависят от времени. Следуя параллельному подходу, Шамбергер ввел показатель качества охлаждающей способности ( η _q ) (Shamberger, 2016) для терморегулирующих материалов, который выводится из аналитического решения задачи Неймана-Стефана (Carslaw and Jaeger, 1959) и может применяться как к однофазным, так и к фазовым материалы:

ηq=kρcperf(λ2)=kerf(λ2 )α    (18)

где λ ₂ — параметр, найденный путем решения (уравнение 14), как обсуждалось в предыдущем разделе, и неявно требует рабочей температуры диапазон, Δ T уточняется. Эта добротность прямо пропорциональна тепловому потоку для случая плавления полубесконечной среды, предполагая постоянные температурные граничные условия и малые значения для St _s , St _l < 0,5. Кроме того, η _q также пропорционально повышению температуры поверхности при граничных условиях с постоянной охлаждающей способностью, что указывает на общность этого члена в кондуктивной теплопередаче задачи фазового перехода. Основное преимущество этой добротности заключается в том, что она позволяет легко сравнивать различные классы материалов (например, парафины, сплавы с низкой температурой плавления, неорганические соли, гидраты солей), чьи теплофизические свойства сильно различаются, независимо от внешней роли граничных условий в определение теплового потока в данный момент времени.

Здесь мы принимаем η _q в качестве показателя мощности охлаждения для PCM и используем этот показатель качества в качестве альтернативного подхода для построения теплового графика Рагона для PCM (рис. 7). Некоторые наборы материалов поддаются оптимизации по Парето, которая относится к выпуклому пространству, определяемому охлаждающей способностью, добротностью η _q и удельной эффективной энтальпией хранения, Δ H _eff = H + c _p Δ T [Дж/г]. Внутри этого выпуклого пространства неоптимальные материалы всегда могут быть лучше Парето-оптимальных материалов или их комбинаций для обеих метрик. Эти показатели напрямую связаны с основной функцией материалов для хранения тепловой энергии: сколько тепла они могут хранить и как быстро они могут накапливать/разряжать тепло.

Рисунок 7 . Термический график Рагона (A,B) низкотемпературных PCM ( T _m < 300°C) (Chase et al., 1998; Справочник по припоям, 2008 г.; Лиде, 2010; Shamberger et al., 2017), а также три потенциально высокотемпературных материала k : медь (Cu), графитированное углеродное волокно (Gr) и алюминий (Al), а также (C,D) высокотемпературных ПКМ ( T _m > 300°C) (Janz et al., 1978, 1979; Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Kenisarin, 2010; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017), иллюстрирующий показатель охлаждающей способности или качество η _q рассчитано для Δ T = 10°C, как функция удельной эффективной энтальпии накопления (A,C) и объемной эффективной энтальпии накопления (B,D) . PCM сгруппированы по классам материалов в соответствии с маркировкой. Также показаны свойства воды (пустой треугольник) и эритрита (закрашенный треугольник). Заштрихованная серая область представляет субоптимальное пространство Парето.

Поскольку теплофизические параметры материалов, включая эффективную энтальпию плавления, H , шкала с температурой плавления материала, T _M , он поучительно разделять PCM на низкие T _M ( T _M <300 ° C) и High- T _M 888888 (

(

(

(

(

(

(300 ° C) и High- T _M

(

888 (300 ° C). > 300°С) группы для различных технологических применений. Обычные низкие T _m ПКМ включают воду, гидраты солей (Lorsch et al., 1975; Abhat, 1983; Zalba et al., 2003; Sharma et al., 2009; Shamberger, Reid, 2012, 2013), парафины (Домальский и Слуховой, 1996; Леммон и Гудвин, 2000 г.; Lide, 2010), сплавы с низким содержанием T _m (Chase et al. , 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017) и другие органические соединения (например, эритрит; Domalski и Hearing, 1996; Lemmon and Goodwin, 2000; Lide, 2010). Эти пять примеров материалов обычно представляют собой Парето-оптимальный фронт при сравнении на основе накопления энергии на единицу массы (см. Следующий рисунок). Из этих материалов низкотемпературные сплавы обладают наибольшей охлаждающей способностью, в первую очередь благодаря их большой теплопроводности, тогда как гидраты солей и парафины каждый могут накапливать значительно больше тепловой энергии на единицу массы, чем низкотемпературные сплавы.0519 Т _м сплавов из-за высокой плотности последних материалов. Хотя парафины могут быть немного неоптимальными по отношению к некоторым избранным гидратам солей, они все же находят широкое применение из-за простоты обращения и легко регулируемой температуры плавления. Когда плотность накопления энергии рассматривается на объемной основе, почти все другие ПКМ с низким T _m являются субоптимальными по сравнению со сплавами и гидратами солей с низким T _m , см. b) на следующем рисунке. PCM, которые плавятся в более высоком диапазоне температур, как правило, имеют значительно большие энтальпии плавления, что, как правило, резко влияет на их плотность накопления энергии, влияя только на η _q относительно незначительным образом (см. следующий рисунок). Высоко- T _m ПКМ в основном состоят из неорганических солей (сульфатов, нитратов, хлоридов, карбонатов и фторидов) (Janz et al., 1978, 1979; Chase et al., 1998; Kenisarin, 2010; Lide, 2010). ), а также некоторые металлы и сплавы (Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017).

Таким образом, металлические фазы, как правило, имеют самые высокие значения η _q , в основном из-за их большой теплопроводности, тогда как каждая неорганическая соль может хранить значительно больше тепловой энергии на единицу массы и объема, чем металлы, из-за высокой плотности последних материалов. В неорганических солях большая часть различий, наблюдаемых между различными классами солей, может быть связана с (1) различной массой анионных частиц, (2) различной собственной теплопроводностью разных видов солей и (3) различными диапазонами T _м в разных солях, что косвенно влияет на плотность накопления энергии.

Выводы

На основе электротермической аналогии были исследованы соотношения Рагона для материалов, аккумулирующих тепло, предназначенных для управления температурным режимом. Динамический тепловой отклик может быть получен с помощью уравнений временного баланса энергии в сплошной среде. Мы продемонстрировали, что модель сосредоточенной тепловой массы хорошо работает для определения постоянной времени наряду с быстрым позиционированием пространства тепловой мощности и энергии, которое представляет собой отношение Рагона из информации о свойствах. Скрытая теплота плавления обеспечивает значительное увеличение теплоемкости на заданную физическую массу или объем, что резко увеличивает энергоемкость в соотношении Рагона. Анализ материалов с фазовым переходом (PCM) также проводился с использованием энтальпийного метода. Сосредоточенная модель для PCM обнаруживает расхождение с точной моделью, но все же прогноз полезен для оценки первого порядка в области тепловой мощности и энергии. В качестве метрики специально для выбора материала для хранения тепла мы используем η _q в качестве показателя способности материала поглощать или выделять тепло (плотность мощности охлаждения/нагрева). Результатом такого подхода является тепловая диаграмма Рагона, которая схематично иллюстрирует тепловую энергию и мощность определенного класса PCM.

Вклад авторов

TF разработал структуру документа и внес существенный вклад в каждый из многих черновиков. PS внес свой вклад в обсуждение моделирования и качества материалов с фазовым переходом. Компания KY внесла свой вклад в разработку модели эффективной емкости и провела численное моделирование.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Этот материал основан на исследованиях, спонсируемых Исследовательской лабораторией ВВС в соответствии с номером соглашения FA8650-14-2-2419. Правительство США уполномочено воспроизводить и распространять репринты для правительственных целей, невзирая на какие-либо отметки об авторских правах.

Авторы благодарят следующих лиц за полезные обсуждения и предложения: Питера Бермела и Галена Р. Джексона. Авторы также признательны за полезные советы и поддержку со стороны членов консорциума Центра комплексного управления температурным режимом аэрокосмических транспортных средств (CITMAV), включая AFRL, Boeing, Honeywell, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Raytheon и Rolls-Royce.

Ссылки

Абхат, А. (1983). Низкотемпературное накопление тепловой энергии со скрытой теплотой: теплоаккумулирующие материалы. Солнечная энергия 30, 313–332. doi: 10.1016/0038-092X(83)-X

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Кабеса, Л. Ф. (ред.). (2015). «Достижения в методах и приложениях систем хранения тепловой энергии», в A Volume in Woodhead Publishing Series in Energy (Cambridge: Elsevier), 1–28.

Google Scholar

Карслоу, Х. С., и Джагер, Дж. К. (1959). Теплопроводность твердых тел 2-е изд. Оксфорд: Clarendon Press.

Академия Google

Чейз, М. (1998). Термохимические таблицы NIST-JANAF, 4-е изд. Части I и II. Дж. Физ. хим. Ссылка Монография данных. 9 , 1952 стр. Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество.

Google Scholar

Кристен Т. и Карлен М. В. (2000). Теория заговоров Рагона. J. Источники питания 91, 210–216. doi: 10.1016/S0378-7753(00)00474-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кристен Т. и Олер К. (2002). Оптимизация накопителей энергии с использованием графиков Рагона. J. Источники питания 110, 107–116. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00228-8

CrossRef Full Text | Google Scholar

Коул К.Д., Хаджи-Шейх А., Бек Дж.В. и Литкухи Б. (2011). Теплопроводность с использованием функций Грина, 2-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 181–236.

Google Scholar

Домальский Э. С. и Херинг Э. Д. (1996). Теплоемкости и энтропии органических соединений в конденсированной фазе. J. Phys. хим. Ссылаться. Данные 25, 1–525. doi: 10.1063/1.555985

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Этачери В., Маром Р., Элазари Р., Салитра Г. и Аурбах Д. (2011). Проблемы разработки перспективных литий-ионных аккумуляторов: обзор. Энергетика Окружающая среда. Наука . 4:3243. doi: 10.1039/c1ee01598b

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, X., и Гумба, А. П. (2018). Принципы интенсификации процессов применительно к системам хранения тепловой энергии — краткий обзор. Фронт. Энергия рез. 6:17. doi: 10.3389/fenrg.2018.00017

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Икеда Н., Ниияма Ю., Камбаяси Х., Сато Ю., Номура Т., Като С. и др. (2010). Силовые транзисторы GaN на кремниевых подложках для коммутационных приложений. Продолжить. IEEE 98, 1151–1161. doi: 10.1109/JPROC.2009.2034397

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джексон, Г. Р., и Фишер, Т. С. (2015). Моделирование накопления тепла в пенопластах, пропитанных воском, с помощью субмодели в масштабе пор. Дж. Термофиз. Теплопередача . 29, 812–819. doi: 10.2514/1.T4523

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джексон, Г. Р., и Фишер, Т. С. (2016). Реакция пористых пен, наполненных материалом с фазовым переходом, в переходных условиях нагрева. Теплофизика, J. ​​Теплообмен . 30, 880–889. doi: 10.2514/1.T4866

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Янц Г. Дж., Аллен С. Б., Бансал Н., Мерфи Р. и Томкинс Р. (1979). Сборник данных о физических свойствах , относящихся к хранению энергии. II. Расплавленные соли: данные по однокомпонентным и многокомпонентным системам, NSRDS-NBS 61 . Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 420. doi: 10.6028/NBS.NSRDS.61p1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Janz, G.J., Allen, C.B., Downey, JR Jr, and Tomkins, R. (1978). Сборник данных о физических свойствах , относящихся к хранению энергии II. Расплавленные соли: данные по эвтектике, NSRDS-NBS 61 . Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 244. doi: 10.6028/NBS.NSRDS.61p2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кенисарин, М. М. (2010). Высокотемпературные материалы с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 14, 955–970. doi: 10.1016/j.rser.2009.11.011

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Kroeze, RC, and Krein, PT (2008). «Модель электрической батареи для использования в динамическом моделировании электромобилей», в материалах Proceedings of 2008 IEEE Power Electronics Specialists Conference , 1336–1342. doi: 10.1109/PESC.2008.45

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леммон, Э. У., и Гудвин, А. (2000). Критические свойства и уравнение давления пара для алканов C N H 2n+ 2: нормальные алканы с N ≤ 36 и изомеры для N = 4–N = 9. J. Phys. хим. Ссылаться. Данные 29, 1–39. doi: 10. 1063/1.556054

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Лиде, Д. Р. (2010). Справочник по химии и физике, 90-е . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press LLC.

Google Scholar

Лорш Х.Г., Кауфман К.В. и Дентон Дж.К. (1975). Аккумулирование тепловой энергии для солнечного отопления и кондиционирования воздуха в нерабочее время. Преобразователь энергии. 15, 1–8. doi: 10.1016/0013-7480(75)

-9

CrossRef Full Text | Академия Google

Лунд, Дж. В., и Фристон, Д. Х. (2001). Прямое использование геотермальной энергии во всем мире, 2000 г. Геотермия 30, 29–68. doi: 10.1016/S0375-6505(00)00044-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Maillet, D., Andre, S., Batsale, J.C., Degiovanni, A., and Moyne, C. (2000). Раздел 3 Пространственный квадруполь, Тепловой квадруполь. Вилли.

Google Scholar

Озисик М. Н. (1993). Теплопроводность, 2-е изд. , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley, 37–9.8.

Google Scholar

Ragone, DV (1968). «Обзор аккумуляторных систем для транспортных средств с электроприводом», в Техническом документе SAE 680453 (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: SAE), 1–9. doi: 10.4271/680453 (по состоянию на 22 мая 2019 г.).

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Робертсон А. Ф. и Гросс Д. (1958). Электроаналоговый метод анализа переходного теплового потока. Дж. Рез. Натл. Бур. Стоять. 61:105. doi: 10.6028/jres.061.016

Полный текст CrossRef | Академия Google

Ротеринг Н. и Илич М. (2011). Оптимальный контроль заряда подключаемых гибридных электромобилей на нерегулируемых рынках электроэнергии. IEEE Trans. Система питания 26, 1021–1029. doi: 10.1109/TPWRS.2010.2086083

CrossRef Full Text | Google Scholar

Шамбергер, П. Дж. (2016). Показатель качества охлаждающей способности для материалов с фазовым переходом. Теплообмен. Дж . 138:024502. doi: 10.1115/1.4031252

Полный текст CrossRef | Академия Google

Шамбергер П. Дж., Мизуно Ю. и Талапатра А.А. (2017). Смешивание и вклад электронной энтропии в накопление тепловой энергии в легкоплавких сплавах. J. Appl. физ. 122:025105. doi: 10.1063/1.49

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Шамбергер, П. Дж., и Рид, Т. (2012). Теплофизические свойства тригидрата нитрата лития от (253 до 353) К. J. Chem. англ. Данные 57, 1404–1411. doi: 10.1021/je3000469

CrossRef Полный текст | Академия Google

Шамбергер, П.Дж., и Рид, Т. (2013). Теплофизические свойства тетрагидрата фторида калия от (243 до 348) К. J. Chem. англ. Данные 58, 294–300. doi: 10.1021/je300854w

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарма А., Тьяги В.В., Чен К. и Буддхи Д. (2009). Обзор аккумулирования тепловой энергии с использованием материалов с фазовым переходом и приложений. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 13, 318–345. doi: 10.1016/j.rser.2007.10.005

CrossRef Full Text | Академия Google

Саймон П. и Гогоци Ю. (2008). Материалы для электрохимических конденсаторов. Нац. Мать . 7, 845–854. doi: 10.1038/nmat2297

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Каталог припоев (2008 г.). Справочник по припоям , отчет № 97720 (A4) R3. Клинтон, Нью-Йорк: Indium Corporation, 15.

Торнтон, Т.Дж., Пеппер, М., Ахмед, Х., Эндрюс, Д., и Дэвис, Г.Дж. (1986). Одномерная проводимость в двумерном электронном газе гетероперехода GaAs-AlGaAs. Физ. Преподобный Письмо . 56:1198. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.1198

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Винтер М. и Бродд Р. Дж. (2004). Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы? Хим. Версия . 104, 4245–4270. doi: 10.1021/cr020730k

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Залба, Дж. М., Марин Кабеса, Л. Ф., и Мехлинг, Х. (2003). Обзор аккумулирования тепловой энергии с фазовым переходом: материалы, анализ теплопередачи и приложения. Заявл. Терм. англ. 23, 251–283. doi: 10.1016/S1359-4311(02)00192-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Номенклатура

Аккумулятор всасывания — Коммерческий — Исследование холодильного оборудования

Аккумулятор всасывания — Коммерческий

Категория: Аккумуляторы всасывания Теги: 3639, 3640, 3641, 3670, 3680, 3684, 3685, 3689, 3698, 3700, 3703, 37021, 3 3706, 3707, 3708, 3731, 3732, 3733, 3734, 3736, 3737, 3738, 3743, 3810, 3816, 3817, 3826, 3827, 3831, 3832, 3836, 3837, 38398, 3839, 3840, 3841, 3873, 3874, RR 7187, RR 7188

• Описание
• Спецификации / Данные приложения
• Установка и загрузки

Описание

. насос, холодильная установка для грузовых автомобилей и многие другие устройства требуют прерывистой работы холодильного компрессора. Особенно в удаленных приложениях линия всасывания может улавливать или удерживать количество жидкости, которая внезапно сбрасывается в компрессор при его запуске. Это часто является причиной сломанных клапанов, поршней, сломанных или погнутых шатунов, выдутых прокладок и вымывания подшипников. Правильная установка всасывающего аккумулятора Refrigeration Research на линии всасывания непосредственно перед компрессором исключает возможность повреждения. При правильном размере относительно большое количество жидкого хладагента может возвращаться по линии всасывания, а аккумулятор на всасывании предотвращает повреждение компрессора. Жидкость временно удерживается во всасывающем аккумуляторе и дозируется обратно в компрессор вместе с любым маслом с контролируемой скоростью через дозирующее отверстие. Таким образом предотвращается повреждение компрессора, и компрессор немедленно и бесшумно начинает работать.

ОРИГИНАЛЬНЫЙ, НО УЛУЧШЕННЫЙ АККУМУЛЯТОР ВСАСЫВАНИЯ ОТ REFRIGERATIONRESEARCH ОБЕСПЕЧИВАЕТ ВСЕ ВАЖНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

1. Эксклюзивный (запатентованный) впускной дефлектор для повышения производительности. Дефлектор обеспечивает тангенциальный вход жидкости.
2. Маркировка впускного отверстия металлической пластиной является эксклюзивной особенностью и помогает предотвратить ошибки при подключении.
3. Все всасывающие аккумуляторы Refrigeration Research диаметром от 4 до 6 дюймов снабжены плавкими заглушками и установлены в соответствии с последними требованиями и требованиями.
4. Медные ниппели входят в стандартную комплектацию вертикальных моделей и моделей.
5. Контролируемый процесс пайки водородной медью обеспечивает максимальную чистоту и равномерную прочность.
6. Все всасывающие аккумуляторы Refrigeration Research внесены в список или изготовлены в соответствии со стандартами ASME, также доступна документация CE.

Аккумуляторы всасывания от Refrigeration Research испытаны в полевых условиях на сотнях тысяч установок. ВЫБОР АККУМУЛЯТОРА НА ВСАСЫВАНИИ – Аккумулятор на всасывании не обязательно должен иметь вход и выход того же размера, что и линия всасывания компрессора. Более важно правильно выбрать аккумулятор всасывания в пределах (1) перепада давления, (2) возврата масла, как показано на следующей странице, и (3) общего объема заряда, который необходимо удерживать.

Фактическая емкость хладагента, необходимая для всасывающего аккумулятора, определяется требованиями конкретного применения. Существует большое разнообразие холодильных систем, и это необходимо учитывать. По возможности выбранную емкость следует проверить фактическим испытанием. Обычно размер аккумулятора не должен быть менее 50% от общей емкости системы. В случае сомнений проконсультируйтесь с производителем компрессора. Стальные ниппели доступны по специальному заказу.

№ ПАТЕНТА 5 076 313 И ЗАЯВЛЕННЫХ ПАТЕНТОВ.

 

Не может улавливать масло

НАЗНАЧЕНИЕ — Предотвратить повреждение компрессора из-за внезапного возврата жидкости через линию всасывания.

Компрессоры многих систем кондиционирования воздуха, грузовых автомобилей, тепловых насосов и других систем охлаждения часто подвергаются внезапному возврату жидкости, что приводит к поломке клапанов, поршней, шатунов, коленчатых валов, разрыву прокладок или выходу из строя подшипников.

Компрессоры в устройствах с низким перегревом, таких как охладители жидкости, низкотемпературные витрины и холодильные установки для грузовых автомобилей, особенно подвержены повреждению жидким хладагентом.

АККУМУЛЯТОР ВСАСЫВАНИЯ производства Refrigeration Research защитит компрессор. Хотя несколько фунтов хладагента могут внезапно вернуться через линию всасывания, он не попадает в компрессор. Жидкий хладагент временно удерживается во всасывающем аккумуляторе и дозируется обратно в компрессор с контролируемой скоростью через дозирующее отверстие.

ДЕЙСТВУЕТ В КАЧЕСТВЕ ГЛУШИТЕЛЯ ВСАСЫВАНИЯ — В большинстве случаев аккумулятор всасывания также снижает передачу шума на сторону низкого давления, поскольку он действует как глушитель всасывания.

РАСПОЛОЖЕНИЕ — Аккумулятор на всасывании должен быть установлен на линии всасывания как можно ближе к компрессору . В системах с обратным циклом он должен быть установлен на линии всасывания между компрессором и реверсивным клапаном.

МОНТАЖНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ «Вертикальное» Аккумуляторы должны устанавливаться вертикально. «Горизонтальный» Аккумуляторы должны быть установлены горизонтально.

УСТАНОВКА — САМОЕ ВАЖНОЕ, чтобы ВХОД и ВЫХОД всасывающего аккумулятора были правильно подключены. Отметка «IN» вверху должна быть присоединена к линии всасывания от змеевика, а «OUT» должна быть присоединена к линии всасывания, ведущей к компрессору. В противном случае масло и хладагент будут захвачены. Если соединения выполнены правильно, аккумулятор всасывания не может задерживать масло.

ВЫПОЛНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ — Для выполнения соединений следует использовать серебряный припой хорошего качества. Можно использовать серебряный припой № 45 или № 35. В соответствии с надлежащей практикой всасывающая линия должна правильно подходить к ниппелям аккумулятора, и должно быть выполнено хорошее соединение без попадания флюса и серебряного припоя в аккумулятор. Хороший шов можно легко сделать, если использовать пламя правильного размера и интенсивности. Ни при каких обстоятельствах нельзя выполнять соединения с помощью так называемого «мягкого припоя», такого как 50-50, 95-5 и т.д., которые не обладают достаточной прочностью, чтобы выдерживать вибрацию всасывающей линии компрессора. Все соединения на вертикальных и модельных аккумуляторах с медными ниппелями могут быть выполнены из сильфоса или аналогичного сплава.

ЗАЩИТА СОЕДИНЕНИЙ — После того, как паяные соединения были тщательно проверены на герметичность, ниппели следует покрасить краской «Rust-O-Leum» или эквивалентной для предотвращения ржавчины.

ВЫБОР АККУМУЛЯТОРА НА ВСАСЫВАНИИ — Аккумулятор на всасывании не обязательно должен иметь вход и выход того же размера, что и линия всасывания компрессора. Важнее правильно подобрать аккумулятор всасывания в пределах (1) перепада давления и (2) возврата масла. Общая сумма удерживаемых платежей (3) также важна.

Фактическая вместимость хладагента, необходимая для аккумулятора на всасывании, зависит от требований конкретного применения. Существует большое разнообразие холодильных систем, и это необходимо учитывать и, по возможности, проверять выбранную мощность реальными испытаниями. Обычно размер аккумулятора не должен быть менее 50 % от общей емкости системы. В случае сомнений обратитесь к производителю компрессора.

КОНСТРУКЦИЯ — Всасывающий аккумулятор полностью изготовлен из стали. Водородная медная пайка обеспечивает максимальную чистоту, прочность и долговечность при вибрации. Вертикальные модели и модели изготавливаются с медными ниппелями.

АККУМУЛЯТОРЫ ВСАСЫВАНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЮТ НИЗКУЮ СТОИМОСТЬ СТРАХОВАНИЕ — Они легко и быстро устанавливаются и при правильном применении обеспечат долгие годы бесперебойной работы. Когда существует вероятность повреждения компрессора из-за внезапного возврата жидкости, низкая начальная стоимость всасывающего аккумулятора может быть многократно снижена за счет увеличения срока службы компрессора.

Лист данных по применению всасывающего аккумулятора.pdf

 

 

Заявка на патент США для химического аккумулятора тепла (Заявка № 20110226447, выданная 22 сентября 2011 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка основана на японских патентных заявках № 2010-65350, поданных 22 марта 2010 г., и № 2010-267127, поданных 30 ноября 2010 г., раскрытие которых включено сюда посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к химическому аккумулятору тепла, который использует тепло реакции вещества для извлечения тепла и осуществляет пиролиз для сохранения тепла.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство рекуперации тепла, которое регенерирует тепло выхлопных газов от тепловых компонентов, описано, например, в JP-B2-8-6608, соответствующем патенту США No. № 5 127 470. В описываемом устройстве рекуперации тепла реакционный материал в первом химическом тепловом аккумуляторе нагревается высокотемпературным отходящим газом, отводимым от термических элементов, для сброса прореагировавшего материала, а газ, полученный в результате нагрева реакционного материала, подвергается рекуперации тепла. у теплообменника. После этого прореагировавший материал во втором химическом аккумуляторе тепла нагревается и испаряется, вызывая реакцию с реакционным материалом во втором химическом аккумуляторе тепла. Далее выход извлекают пропусканием воды через емкость с прореагировавшим материалом в первом химическом аккумуляторе тепла и дальнейшим пропусканием ее через емкость с прореагировавшим материалом во втором химическом аккумуляторе тепла с получением высокотемпературного пара.

В описываемом устройстве рекуперации тепла можно надлежащим образом извлекать мощность в соответствии с потребностью. Кроме того, можно получить пар, имеющий температуру выше, чем температура выхлопного газа из термических компонентов.

Однако определенное или большее количество тепла выхлопных газов (внешнего тепла), получаемого от тепловой машины, должно постоянно существовать для надлежащего извлечения продукции в соответствии с потребностью. По этой причине, если такое устройство рекуперации тепла используется в системе с такими колебаниями количества тепла, что количество тепла, получаемого от тепловой машины, со временем уменьшается, существует вероятность того, что реакционный материал в первой химический аккумулятор тепла не может сбросить прореагировавший материал из-за недостаточного количества тепла. Следовательно, когда описанное устройство рекуперации тепла используется в системе, использующей тепло отработанного тепла от тепловых компонентов, включающих флуктуацию количества тепла, может возникнуть проблема, заключающаяся в том, что операция рекуперации тепла не устанавливается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Принимая во внимание вышеизложенное, целью настоящего изобретения является создание химического аккумулятора тепла для хранения внешнего тепла, который способен генерировать тепло с более высокой температурой, чем внешнее тепло. даже если внешнее тепло не существует в режиме тепловыделения.

В химическом теплоаккумуляторе по первому аспекту аккумуляторы тепла предусмотрены в М ступеней, где М — целое число не менее 2. Накопитель тепла соответствующей ступени имеет реакционный сосуд, в котором находится первый реагент, емкость корпус второго реагента и соединительный канал, соединяющий реакционный сосуд и контейнер друг с другом. Соединительный канал направляет второй реагент из контейнера в реакционный сосуд для взаимодействия первого реагента и второго реагента друг с другом с образованием соединения в реакционном сосуде. Реакционный сосуд содержит регенеративный теплообменник для нагревания соединения за счет внешнего тепла, генерируемого вне реакционной системы. Соединительный проход снабжен открывающим/закрывающим элементом. Соединительный проход открывается и закрывается открывающим/закрывающим элементом. Конденсирующая часть выполнена с возможностью конденсации второго реагента в газообразном состоянии, образующегося при разделении соединения на первый реагент и второй реагент в реакционном сосуде соответствующего блока аккумулирования тепла. Реакционный сосуд теплоаккумулятора М-й ступени термически связан с нагреваемым объектом. Реакционный сосуд теплоаккумулятора (N-1)-й ступени термически соединен с корпусом теплоаккумулятора N-й ступени, где N — целое число, равное или большее 2 и равное или меньшее М.

В такой конструкции в соответствующем блоке накопления тепла второй реагент, нагретый в контейнере, поступает в реакционный сосуд через соединительный канал. Второй реагент реагирует с первым реагентом в реакционном сосуде с образованием соединения. В этой реакции выделяется теплота реакции.

Реакционный сосуд (N−1)-й ступени аккумулирующего теплоносителя термически связан с корпусом аккумулирующего теплоэнергия N-й ступени. Таким образом, в это время тепло реакции, генерируемое в реакционном сосуде теплоаккумулятора (N-1)-й ступени, передается в контейнер теплоаккумулятора N-й ступени. Затем второй реагент, находящийся в контейнере теплоаккумулятора N-й ступени, нагревается за счет тепла, передаваемого из реакционного сосуда теплоаккумулятора (N-1)-стадии.

Как описано выше, теплота реакции, генерируемая в реакционном сосуде (N-1)-й ступени теплоаккумулятора, передается в контейнер теплоаккумулятора N-й ступени. Второй реагент, нагретый этим теплом, поступает в реакционный сосуд аккумулирующего теплоноситель N-й ступени и снова вступает в реакцию с первым реагентом с выделением тепла реакции. Реакционный сосуд блока аккумулирования тепла М-й ступени, то есть блок аккумулирования тепла последней ступени, термически связан с нагреваемым объектом. Таким образом, объект может быть нагрет теплом, температура которого повышена в соответствующих теплоаккумуляторах и которое имеет более высокую температуру, чем внешнее тепло.

В таком режиме выделения тепла может отдаваться тепло с более высокой температурой, чем внешнее тепло, даже без присутствия внешнего тепла во время выделения тепла.

В химическом теплоаккумуляторе согласно второму аспекту емкость теплоаккумулятора первой ступени термически связана с реакционным сосудом теплоаккумулятора первой ступени.

В такой конструкции второй реагент, находящийся в контейнере теплоаккумулятора первой ступени, нагревается за счет части теплоты реакции, генерируемой в реакционном сосуде теплоаккумулятора первой ступени. Следовательно, нет необходимости отдельно обеспечивать источник нагрева для нагревания второго реагента. Таким образом, преимущество химического аккумулятора тепла согласно первому аспекту может быть достигнуто за счет простой конфигурации. Поскольку внешний источник нагрева при тепловыделении вообще не требуется, химический аккумулятор тепла по второму аспекту может применяться в широком диапазоне систем.

В химическом теплоаккумуляторе согласно третьему аспекту контейнер теплоаккумулятора первой ступени термически соединен с контейнером теплоаккумулятора второй ступени.

В такой конструкции второй реагент, находящийся в контейнере аккумулятора первой ступени, нагревается за счет части тепла, передаваемого в контейнер аккумулятора тепла второй ступени. Следовательно, нет необходимости отдельно обеспечивать источник нагрева для нагревания второго реагента. Таким образом, преимущество химического аккумулятора тепла согласно первому аспекту может быть достигнуто за счет простой конфигурации. Поскольку внешний источник нагрева при тепловыделении вообще не требуется, химический аккумулятор тепла по третьему аспекту может применяться в широком диапазоне систем.

В химическом теплоаккумуляторе в соответствии с четвертым аспектом контейнер теплоаккумулятора первой ступени термически соединен с источником тепла с более низкой температурой, чем внешнее тепло.

В такой конструкции второй реагент, находящийся в контейнере теплоаккумулятора первой ступени, нагревается за счет тепла от источника нагрева. Следовательно, преимущества химического аккумулятора тепла согласно первому аспекту могут быть реализованы более надежно.

В химическом теплоаккумуляторе в соответствии с пятым аспектом конденсирующая часть представляет собой конденсатор, имеющий теплоаккумулирующий носитель, который накапливает теплоту конденсации, образующуюся при конденсации газообразного второго реагента. Источником тепла является конденсатор.

В такой конструкции второй реагент, помещенный в контейнер теплоаккумулятора первой ступени, нагревается за счет тепла конденсации, образующегося при конденсации газообразного второго реагента. Следовательно, преимущество химического аккумулятора тепла в соответствии с четвертым аспектом может быть достигнуто за счет такой простой конфигурации, что конденсатор просто снабжается аккумулирующей тепло средой.

В химическом теплоаккумуляторе согласно шестому аспекту источник нагрева термически связан с внешним источником тепла, который генерирует внешнее тепло.

В такой конструкции избыточное внешнее тепло, генерируемое внешним источником тепла, используется для нагрева второго реагента, находящегося в контейнере теплоаккумулятора первой ступени. Следовательно, можно эффективно использовать тепло, генерируемое внешним источником тепла, для повышения эффективности использования тепла.

В химическом теплоаккумуляторе согласно седьмому аспекту в соответствующем блоке хранения тепла максимальная предельная температура [K] второго реагента в контейнере меньше критической температуры [K] второго реагента. Соответствующий блок накопления тепла сконфигурирован так, что его выдерживаемое давление [Па] выше, чем давление насыщенного пара [Па] второго реагента при критической температуре.

Таким образом, в каждом из блоков аккумулирования тепла в случае, когда максимальная предельная температура [K] второго реагента в контейнере меньше критической температуры [K] второго реагента, блок аккумулирования тепла так установить, что его выдерживаемое давление выше, чем давление насыщенного пара [Па] второго реагента в контейнере при критической температуре. Следовательно, нет необходимости обеспечивать все теплоаккумулирующие блоки одной и той же стойкой к давлению конструкцией. Каждый из блоков накопления тепла может быть снабжен стойкой к давлению конструкцией, соответствующей соответствующему выдерживаемому давлению Pv.

В химическом аккумуляторе тепла согласно восьмому аспекту максимальная предельная температура Tm [K] второго реагента в контейнере равна или превышает критическую температуру Tc [K] второго реагента. Соответствующий блок аккумулирования тепла выполнен таким образом, что его выдерживаемое давление удовлетворяет соотношению Pv>znRTm/Vm, где n представляет собой молекулярную массу [моль] второго реагента в контейнерах; Vm – объемная вместимость [м ³ ] контейнеров; z — коэффициент сжимаемости; R – газовая постоянная.

Таким образом, в каждом из блоков аккумулирования тепла в случае, когда максимальная предельная температура Tm [K] второго реагента в контейнере равна или превышает критическую температуру Tc [K] второго реагента, выдерживаемое давление Pv блоков аккумулирования тепла задается таким образом, чтобы выполнялось указанное выше соотношение. То есть нет необходимости обеспечивать все теплоаккумуляторы одной и той же стойкой к давлению конструкцией. Каждый из блоков накопления тепла может быть снабжен стойкой к давлению конструкцией, соответствующей соответствующему выдерживаемому давлению Pv.

В химическом теплоаккумуляторе в соответствии с девятым аспектом накопитель тепла (N-1)-й ступени и накопитель тепла N-й ступени сконфигурированы таким образом, что количество тепла Qr(N-1), генерируемое в (N-1)-й ступени теплоаккумулятора и количество тепла QrN, вырабатываемого в теплоаккумуляторе N-й ступени, удовлетворяют соотношению: ( N− 1)− Qr ( N− 1) HM ·( Ta ( N− 1)− T воздух)− QeNHM ·( TaN−T воздух)}·Δ Hr/ΔHe

где, ΔHr – теплота реакции [/ моль] реакции получения соединения из первого реагента и второго реагента; ΔHe – скрытая теплота [Дж/моль] парообразования второго реагента; Qr(N-1)HM — теплоемкость [Дж/К] реакционного сосуда (N-1)-й ступени теплоаккумулятора; QeNHM – теплоемкость [Дж/К] реакционного сосуда N-й ступени теплоаккумулятора; Ta(N-1) — целевая температура [K] в реакционном сосуде (N-1)-й ступени теплоаккумулятора, когда первый реагент и второй реагент реагируют друг с другом; TaN – целевая температура [K] в реакционном сосуде аккумулирующего теплоноситель N-й ступени, когда первый реагент и второй реагент реагируют друг с другом; Tair – температура наружного воздуха [K]; Qr(N-1) представляет собой количество тепла [Дж], выделяемое при взаимодействии первого и второго реагентов друг с другом в реакционном сосуде теплоаккумулятора (N-1)-й ступени; и QrN представляет собой количество тепла [Дж], генерируемого в результате реакции первого реагента и второго реагента друг с другом в реакционном сосуде теплоаккумулятора N-й ступени.

В химическом теплоаккумуляторе по десятому аспекту нагреваемый объект представляет собой высокотемпературную часть тепловой машины, преобразующую тепловую энергию в кинетическую энергию. Тепловая машина включает высокотемпературную часть для нагрева и расширения рабочего газа и низкотемпературную часть для охлаждения и сжатия рабочего газа.

В химическом аккумуляторе тепла согласно одиннадцатому аспекту первым реагентом является оксид кальция, а вторым реагентом является вода.

В этом случае отвод тепла с более высокой температурой, чем внешнее тепло, возможен только с помощью двухступенчатых аккумулирующих теплогенераторов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания, сделанного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными номерами и на которых:

РИС. 1 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий первый реакционный сосуд в соответствии с первым вариантом осуществления;

РИС. 3 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции водопоглощения оксида кальция и линию парожидкостного равновесия воды в режиме тепловыделения по первому варианту осуществления;

РИС. 4 представляет собой график, показывающий скорость обезвоживания, полученную, когда температуру гидроксида кальция поддерживают в течение одного часа в вакууме;

РИС. 5 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции дегидратации гидроксида кальция и линию парожидкостного равновесия воды в режиме аккумулирования тепла согласно первому варианту осуществления;

РИС. 6 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции поглощения воды оксидами металлов и линию равновесия пар-жидкость воды;

РИС. 7 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции поглощения воды оксидом магния и линию равновесия пар-жидкость воды;

РИС. 8 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 9 — общая блок-схема химического аккумулятора тепла согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 10 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 11 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 12 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 13 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 14 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции водопоглощения оксида кальция и линию парожидкостного равновесия воды в режиме тепловыделения в химическом теплоаккумуляторе согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 15 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 16 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения; и

РИС. 17 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий химический аккумулятор тепла согласно десятому варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Далее будет дано описание примерных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи. Одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными номерами в следующих вариантах осуществления, и их описание не будет повторяться.

Первый вариант осуществления

Первый вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 1 по фиг. 7. Химический аккумулятор тепла по первому варианту аккумулирует солнечное тепло и при необходимости использует накопленное тепло в тепловом двигателе.

РИС. 1 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно первому варианту осуществления. Химический аккумулятор тепла по настоящему варианту осуществления может переключаться между режимом выделения тепла, режимом накопления тепла и режимом поддержания накопления тепла. В режиме тепловыделения объект, подлежащий нагреву, нагревается за счет тепла реакции, генерируемого, когда первый реагент А и второй реагент В взаимодействуют друг с другом с образованием соединения. В режиме аккумулирования тепла накапливается внешнее тепло, которое генерируется вне реакционной системы путем разделения соединения на первый реагент А и второй реагент В. В режиме поддержания аккумулирования тепла поддерживается состояние, в котором аккумулируется внешнее тепло.

В настоящем варианте осуществления оксид кальция (CaO) используется в качестве первого реагента A, а вода используется в качестве второго реагента B. Соединение представляет собой гидроксид кальция. Нагреваемый объект — это тепловая машина, а внешнее тепло — солнечное тепло.

Химический аккумулятор тепла включает теплоаккумуляторы с первой по M-ю ступени 1 A, 1 B. Здесь M — целое число, равное или большее 2. Каждый из теплоаккумуляторов 1 A, 1 B имеет реакционный сосуд 11 A, 11 B, содержащий оксид кальция в твердом состоянии, контейнер 12 A, 12 B, содержащий воду в жидком состоянии, и соединительный канал 13 A, 13 B, направляющий воду хранится в контейнере 12 A, 12 B в реакционном сосуде 11 A; 11 B.

Реакционный сосуд 11 B теплоаккумулятора M-й ступени 1 B, то есть теплоаккумулятор последней ступени термически связан с нагреваемым объектом. Реакционный сосуд 11 А теплоаккумулятора (N−1)-й ступени 1 А термически соединен с контейнером 12 Б теплоаккумулятора N-й ступени 1 Б. Здесь N – целое число, равное до или больше 2 и равно или меньше M.

В настоящем варианте осуществления химический аккумулятор тепла, например, включает в себя первую ступень блока аккумулирования тепла 1 A и вторую ступень блока аккумулирования тепла 1 B. То есть, теплоаккумуляторы 1 A, 1 B, например, двухступенчатые. Поэтому конструкция и работа химического аккумулятора тепла будут описаны ниже применительно к случаю, когда блоки 1 A, 1 B аккумулирования тепла предусмотрены в качестве примера в два этапа.

Соединительные каналы 13 A, 13 B снабжены соответственно первыми запорными клапанами (открывающими/закрывающими элементами) 14 A, 14 B, которые открывают и закрывают соединительные каналы 13 A, 13 B. Первые запорные клапаны 14 A, 14 B позволяют регулировать проходные сечения соединительных каналов 13 A, 13 B. В реакционных сосудах 11 A, 11 B, соответственно размещены теплообменники регенерации 15 A, 15 B, которые нагревают внутреннее пространство реакционных сосудов 11 A, 11 B солнечным теплом.

Химический аккумулятор тепла по настоящему варианту включает в себя: устройство сбора света и тепла 2 в качестве внешнего источника тепла, который концентрирует солнечный свет на трубе, установленной перед криволинейным зеркалом, с помощью криволинейного зеркала и нагревает первый теплоноситель, протекающий в трубе; и первый контур 21 теплоносителя для циркуляции первого теплоносителя между устройством 2 сбора света и тепла и теплообменниками регенерации 15 A, 15 B. В первом контуре теплоносителя 21 , установлен первый насос теплоносителя 22 для циркуляции первого теплоносителя.

По этой причине первый теплоноситель, нагретый солнечным светом (солнечным теплом) на свето- и теплосборном устройстве 2 , подается в теплообменники регенерации 15 A, 15 B и внутрь каждого из реакционные сосуды 11 A, 11 B нагреваются первым теплоносителем.

Вода из контейнеров 12 A, 12 B направляется в реакционные сосуды 11 A, 11 B через соединительные каналы 13 A, 13 B. В реакционных сосудах 11 A, 11 B оксид кальция и вода реагируют друг с другом и, таким образом, кальций образуется гидроксид. Поскольку эта реакция является экзоэргической реакцией, выделяется теплота реакции. Между тем, когда гидроксид кальция, полученный в реакционных сосудах 11 A, 11 B, нагревается с помощью теплообменников регенерации 15 A, 15 B, гидроксид кальция разделяется на оксид кальция в твердом состоянии и воду в жидком состоянии (водяной пар).

Химический аккумулятор тепла включает конденсатор 3 в качестве конденсационной части, которая конденсирует водяной пар, образующийся при отделении гидроксида кальция. Этот конденсатор 3 представляет собой теплообменник, который осуществляет теплообмен между водяным паром и наружным воздухом и конденсирует водяной пар.

На вход конденсатора 3 , соединены одни концы впускных каналов конденсатора 31 A, 31 B для направления водяного пара, вытекающего из реакционных сосудов 11 A, 11 B, в конденсатор 3 . Другие концы входных каналов конденсатора 31 А, 31 Б присоединяются к участкам соединительных каналов 13 А, 13 Б между первыми запорными клапанами 14 А, 14 B и реакционные сосуды 11 A, 11 B.

Входные каналы конденсатора 31 A, 31 B соответственно оснащены вторыми запорными клапанами 32 A, 32 B, которые открывают и закрывают вход конденсатора проходы 31 А, 31 Б. Вторые запорные клапаны 32 А, 32 Б позволяют регулировать проходные сечения входных каналов конденсатора 31 А, 31

1 Б. К выходной стороне конденсатора 3 , один конец выходного канала конденсатора 33 соединен для направления воды, сконденсировавшейся в конденсаторе 3 , в емкости 12 A, 12 B. Выходной канал конденсатора 33 снабжен патрубок 34 , разделяющий поток воды, вытекающей из конденсатора 3 . В емкость 12 А теплоаккумулятора первой ступени 9 вводится один поток воды, разветвленный на отводной части 34 .1049 1 А; а другой поток воды вводят в емкость 12 Б теплоаккумулятора второй ступени 1 Б.

На входной стороне патрубка 34 в выходной канал конденсатора 33 , установлен водяной насос 35 , который перекачивает воду в емкости 12 A, 12 B. На стороне выхода патрубка 34 в выходном канале конденсатора 33 соответственно предусмотрены третий запорный вентиль 36 A, 36 B, которые открывают и закрывают выпускной канал конденсатора 33 . Третьи двухпозиционные клапаны 36 A, 36 B способны регулировать проходное сечение выпускного канала конденсатора 33 .

Емкость (далее — первая емкость 12 А) теплоаккумулятора первой ступени 1 А термически связана с источником нагрева для нагрева воды, находящейся в первой емкости 12 A. В настоящем варианте осуществления источником тепла является тепло, хранящееся в теплоаккумуляторе 4 , в котором накапливается часть солнечного тепла, собираемого устройством 2 сбора света и тепла.

Будет дано более подробное описание. В первом резервуаре 12 А размещен первый теплообменник водяного нагрева 16 А для нагрева воды, находящейся в первом резервуаре 12 А. Первый теплообменник водяного нагрева 16 А соединен с аккумулятор тепла 4 через второй контур теплоносителя 41 . Во втором контуре 41 теплоносителя размещен второй насос 42 ‘ теплоносителя для циркуляции второго теплоносителя.

По этой причине второй теплоноситель, нагретый за счет тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе 4 , подается в первый теплообменник водяного отопления 16 А, а вода в первой емкости 12 А нагревается за счет второй теплоноситель. Реакционный сосуд (далее именуемый как первый реакционный сосуд 11 A) теплоаккумулятора первой ступени 1 A термически соединен с контейнером (далее второй контейнер 12 B) теплоаккумулятора второй ступени 1 B. Далее , химический аккумулятор тепла включает: первый теплообменник-рекуператор 17 A, размещенный в первом реакционном сосуде 11 A; второй теплообменник водяного отопления 16 B, размещенный в контейнере (далее — второй контейнер 12 Б) теплоаккумулятора второй ступени 1 Б; и контур переноса тепла реакции 51 , который обеспечивает циркуляцию третьего теплоносителя между первым теплообменником-рекуперацией тепла 17 A и вторым теплообменником нагрева воды 16 B.

Первый теплообменник-рекуператор 17 A представляет собой теплообменник, который нагревает третий теплоноситель за счет тепла реакции, генерируемого в результате реакции между оксидом кальция и водой в первом реакционном сосуде 11 А. Второй теплообменник водяного отопления 16 Б представляет собой теплообменник, осуществляющий теплообмен между третьим теплоносителем, нагретым на первом теплообменнике-утилизаторе 17 А, и водой во второй емкости 12 Б. По этой причине теплота реакции, генерируемая в первом реакционном сосуде 11 A, передается во второй теплообменник 16 B для нагрева воды через третий теплоноситель и воду во втором резервуаре 9.1049 12 B нагревается передаваемым теплом.

Третий насос теплоносителя 52 расположен между выходом второго теплообменника водяного нагрева 16 B и входом первого теплообменника-утилизатора 17 A в контуре транспортировки теплоты реакции 51 . Третий насос 52 теплоносителя обеспечивает циркуляцию третьего теплоносителя в контуре 51 транспортировки теплоты реакции. Четвертый запорный клапан 53 расположен между выходом первого теплообменника-утилизатора 17 A и входом второго теплообменника нагрева воды 16 B в контуре транспортировки тепла реакции 51 . Четвертый двухпозиционный клапан 53 открывает и закрывает контур транспортировки теплоты реакции 51 . Четвертый двухпозиционный клапан 53 способен регулировать проходное сечение контура транспортировки теплоты реакции 51 .

Контейнер-накопитель 54 расположен между выходом второго теплообменника водяного нагрева 16 B и входом третьего насоса теплоносителя 52 в контуре транспортировки теплоты реакции 51 . Контейнер-накопитель 54 поглощает изменение объема третьего теплоносителя.

В настоящем варианте осуществления емкость резервуара 54 сконфигурирована таким образом, чтобы иметь объемную емкость, достаточную для размещения всего третьего теплоносителя в первом теплообменнике-рекуператоре 9.1049 17 А и второго теплообменника водяного отопления 16 А. Это позволяет в режиме аккумулирования тепла удерживать третий теплоноситель в емкости-накопителе 54 и создавать состояние, при котором первый рекуперирующий теплоноситель теплообменник 17 A и второй теплообменник водяного отопления 16 A не заполнены третьим теплоносителем. Следовательно, эффективность работы химического аккумулятора тепла может быть повышена.

Реакционный сосуд (далее именуемый вторым реакционным сосудом 11 Б) теплоаккумулятора второй ступени 1 Б термически связан с тепловой машиной 6 как объект обогрева.

В частности, химический аккумулятор тепла включает: второй теплообменник-рекуператор 17 B, расположенный во втором реакционном сосуде 11 B; и контур теплоотвода 61 , который обеспечивает циркуляцию четвертого теплоносителя между вторым теплообменником 17 B с рекуперацией тепла и тепловым двигателем 9.1049 6 . Второй теплообменник с рекуперацией тепла 17 B представляет собой теплообменник, который нагревает четвертый теплоноситель за счет тепла реакции, генерируемого в результате реакции между оксидом кальция и водой во втором реакционном сосуде 11 B. По этой причине тепло реакции, генерируемой во втором реакторе 11 B, передается на тепловую машину 6 через четвертый теплоноситель.

Четвертый насос теплоносителя 62 расположен между выходом второго теплообменника-утилизатора 17 Б и вход тепловой машины 6 в контур теплоотвода 61 . Четвертый насос теплоносителя 62 обеспечивает циркуляцию четвертого теплоносителя в контуре теплоснабжения 61 .

Описание будет дано для конкретной конфигурации первого и второго реакционных сосудов 11 A, 11 B и первого и второго контейнеров 12 A, 12 B. Первый и второй реакционные сосуды 11 A, 11 B и первый и второй контейнеры 12 A, 12 B имеют практически одинаковую конфигурацию. Поэтому конфигурация первого реакционного сосуда 11 A будет описана ниже, а описание конструкций второго реакционного сосуда 11 B и первого и второго резервуаров 12 A, 12 B будет опущено. .

РИС. 2 представляет собой покомпонентный вид в перспективе, иллюстрирующий первый реакционный сосуд 9.1049 11 А химического теплоаккумулятора. Как показано на фиг. 2, первый реакционный сосуд 11 А имеет цилиндрическую форму и структуру из двух труб.

В частности, первый реакционный сосуд 11 A включает: часть внутренней стенки 111 , образующую пространство внутри реакционного сосуда 110 , в котором находится оксид кальция; и часть внешней стенки 112 , образующую контур первого реакционного сосуда 11 A. Часть внутренней стенки 111 расположен на самой внутренней стороне и имеет по существу цилиндрическую форму. Часть 112 внешней стенки расположена снаружи части 111 внутренней стенки и выполнена по существу в цилиндрической форме, большей, чем часть 111 внутренней стенки.

Между частью внутренней стенки 111 и частью наружной стенки 112 предусмотрен теплоизоляционный слой 113 , изолирующий внутриреакторное пространство 110 . Теплоизоляционный слой 113 образован вакуумированием пространства между внутренней стеновой частью 111 и наружной стеновой частью 112 или заполнением пространства между внутренней стеновой частью 111 и наружной стеновой частью 112 теплоизоляционный материал или воздух. Это подавляет выделение тепла за пределы первого реакционного сосуда 11 A и, таким образом, может повышать эффективность работы химического аккумулятора тепла.

Теплообменник регенерации 15 A образован путем спиральной намотки первой трубы теплоносителя 150 , по которой первый теплоноситель протекает в пространстве инфрареакторного сосуда 110 несколько раз. Аналогично, первый теплообменник , 17, A с рекуперацией тепла образован путем спиральной намотки третьей трубы , 170, для теплоносителя, по которой третий теплоноситель течет во внутриреакторном пространстве , 110, несколько раз. В настоящем варианте осуществления теплообменник 9 регенерации1049 15 A и первый теплообменник-рекуператор 17 A имеют двойную спиральную конструкцию, в которой первая труба теплоносителя 150 и третья трубка теплоносителя 170 намотаны в виде двойной спирали с между ними поддерживается по существу постоянное расстояние.

Далее будет описана работа настоящего варианта осуществления, имеющего вышеуказанную конфигурацию, со ссылкой на фиг. 1. Сначала будет описана работа в режиме тепловыделения.

В режиме тепловыделения полностью открыты первый и четвертый запорные вентили 14 А, 14 Б, 53 ; второй и третий запорные вентили 32 А, 32 В, 36 А, 36 В полностью закрыты; насосы теплоносителя со второго по четвертый 42 , 52 , 62 в работе; и первый насос теплоносителя 22 и водяной насос 35 остановлены. Следовательно, вода в первой емкости 12 A нагревается и испаряется за счет тепла, накопленного в теплоаккумуляторе 4 , и образующийся водяной пар поступает в первый реакционный сосуд 11 A через соединительный канал 13 A. В первый реакционный сосуд 11 А, оксид кальция, находящийся в первом реакционном сосуде 11 А, и водяной пар, подаваемый из первого резервуара 12 А, реагируют друг с другом. В результате образуется гидроксид кальция и выделяется теплота реакции.

Теплота реакции, образующаяся в первом реакционном сосуде 11 A во время вышеуказанной реакции, передается во второй резервуар 12 B через третий теплоноситель. Таким образом, вода, находящаяся во втором контейнере 12 B, нагревается и испаряется за счет тепла. Водяной пар, полученный в результате испарения во второй емкости 12 B, поступает во вторую реакционную емкость 11 B через соединительный патрубок 13 B. Во втором реакционном сосуде 11 B оксид кальция, находящийся во втором реакционном сосуде 11 B, и водяной пар, подаваемый из второго резервуара 12 B, реагируют друг с другом. В результате образуется гидроксид кальция и выделяется теплота реакции. Теплота реакции, образующаяся во время этой реакции, передается на тепловую машину 6 через четвертый теплоноситель.

Реакция, протекающая в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B в режиме тепловыделения выражается следующей химической формулой 1:

CaO+H ₂ O→Ca(OH) ₂   (химическая формула 1)

7 Next 92 будет описана работа в режиме накопления тепла. Режим аккумулирования тепла осуществляется после режима тепловыделения.

В режиме аккумулирования тепла вторые двухпозиционные вентили 32 А, 32 В полностью открыты; первый, третий и четвертый запорные клапаны 14 A, 14 B, 36 A, 36 B, 53 полностью закрыты; работает первый насос теплоносителя 22 ; и второй-четвертый насосы теплоносителя 42 , 52 , 62 и водяной насос 35 остановлены. Таким образом, гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B нагревается солнечным теплом, собранным на свету, а устройство сбора тепла 2 и разделяется на оксид кальция и водяной пар. В результате гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B регенерируется в оксид кальция. Следовательно, солнечное тепло может накапливаться.

Реакция, происходящая в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B в режиме накопления тепла, выражается следующей химической формулой 2:

Ca(OH) ₂ →CaO+H ₂ O↑  (Химическая формула 2)

Тем временем водяной пар, образующийся в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B, поступает в конденсатор 3 через входные каналы конденсатора 31 A, 31 B. Водяной пар поступает в конденсатор 3 , охлаждается и конденсируется наружным воздухом и удерживается в конденсаторе 3 .

Далее будет описана работа в режиме поддержания аккумулирования тепла. Режим поддержания аккумулирования тепла осуществляется после режима аккумулирования тепла.

В режиме поддержания аккумулирования тепла установка двухпозиционных клапанов и насосов такая же, как и в режиме аккумулирования тепла, за исключением того, что вторые двухпозиционные клапаны 32 A, 32 B полностью закрыты . Следовательно, оксид кальция и вода пространственно изолированы друг от друга, и, таким образом, может поддерживаться состояние накопления тепла.

В это время полностью открыты третьи запорные клапаны 36 A, 36 B и работает водяной насос 35 . Вода, оставшаяся в конденсаторе 9Таким образом, 1049 3 можно вернуть в первый и второй контейнеры 12 A, 12 B через выпускной канал конденсатора 33 . После того, как вода, оставшаяся в конденсаторе 3 , вся возвращается в первый и второй контейнеры 12 A, 12 B, третьи запорные клапаны 36 A, 36 B полностью закрываются, а вода насос 35 остановлен.

Вышеописанный этап возврата воды, оставшейся в конденсаторе 3 к первому и второму контейнерам 12 А, 12 Б может осуществляться не только в режиме поддержания аккумулирования тепла, но и в режиме тепловыделения и в режиме аккумулирования тепла.

РИС. 3 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции поглощения воды оксидом кальция и линию равновесия пар-жидкость воды в режиме тепловыделения в настоящем варианте осуществления. На фиг. 3 горизонтальная ось указывает обратную величину температуры, а вертикальная ось указывает давление газа. На фиг. 3 сплошная линия представляет собой линию равновесия реакции водопоглощения оксида кальция; а пунктирная линия представляет собой линию парожидкостного равновесия воды.

Как показано на РИС. 3, когда вода в первой емкости 12 А нагревается до 80 градусов Цельсия (°С) в режиме тепловыделения, давление в первой емкости 12 А достигает точки а. Тогда давление в первом реакционном сосуде 11 А, сообщающемся с первым сосудом 12 А через соединительный канал 13 А, становится практически равным давлению в первом сосуде 12 А. Следовательно, температура оксида кальция в первом реакционном сосуде 11 A поднимается примерно до 430°C (точка b) в сочетании с реакцией (реакцией водопоглощения), представленной приведенной выше химической формулой 1.

Тепло, выделяющееся в первом реакционном сосуде первый теплообменник-утилизатор 17 A. Утилизированное тепло отдается воде во втором резервуаре 12 B вторым теплообменником нагрева воды 16 B через третий теплоноситель в транспортере теплоты реакции схема 51 .

В это время между первым реакционным сосудом 11 A и вторым резервуаром 12 B создается разница температур, возникающая в результате теплопередачи. В данном варианте осуществления разница температур между первым реакционным сосудом 11 A а второй контейнер 12 B составляет около 100°C. В этом случае температура воды во втором контейнере 12 B составляет около 330°C. Таким образом, давление паров воды во втором контейнере 12 B становится около 10 МПа, как указано точкой c. Давление во втором реакционном сосуде 11 B, сообщающемся со вторым резервуаром 12 B через соединительный канал 13 B, становится практически равным давлению во втором сосуде 12 A.

Следовательно, температура кальция оксида во втором реакционном сосуде 11 B повышается примерно до 770°C (точка d) в связи с реакцией (реакцией водопоглощения), представленной приведенной выше химической формулой 1. Теплота реакции во время этой реакции рекуперируется при второй теплообменник-утилизатор 17 B, а рекуперированное тепло используется в тепловом двигателе 6 :

РИС. 4 представляет собой график, показывающий скорость обезвоживания (скорость регенерации), полученную, когда температуру гидроксида кальция поддерживают в течение одного часа в вакууме. На фиг. 4 горизонтальная ось указывает температуру поверхности гидроксида кальция, а вертикальная ось указывает скорость дегидратации.

Как показано на РИС. 4, скорость дегидратации гидроксида кальция становится равной 0,8 или выше при поддержании температуры равной или выше 450°С в течение одного часа. Следовательно, с практической точки зрения желательно нагревать гидроксид кальция до 450°С или выше, чтобы регенерировать гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 9.1049 11 A, 11 B в оксид кальция в режиме накопления тепла.

РИС. 5 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции дегидратации гидроксида кальция и линию равновесия пар-жидкость воды в режиме аккумулирования тепла в настоящем варианте осуществления. На фиг. 5 горизонтальная ось указывает обратную величину температуры, а вертикальная ось указывает давление газа. На фиг. 5 сплошная линия представляет собой линию равновесия реакции дегидратации гидроксида кальция, а пунктирная линия представляет собой линию равновесия пар-жидкость воды.

Для регенерации гидроксида кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B, как описано выше, необходимо нагреть первый и второй реакционные сосуды 11 A, 11 B до 450 °С или выше. Как показано на фиг. 5, когда гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B нагревают до 450°C в режиме накопления тепла, вызывается реакция (реакция дегидратации), представленная приведенной выше химической формулой 2. . Таким образом, гидроксид кальция разделяется на оксид кальция и водяной пар. В это время давление в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B находится в точке e на РИС. 5.

Давление в конденсаторе 3 , который сообщается с первым и вторым реакционными сосудами 11 А, 11 В через входные каналы конденсатора 31 А, 31 В, становится практически равным что в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B. Следовательно, когда температура в холодильнике 3 становится 80°C или ниже, как показано точкой f на фиг. 5 водяной пар конденсируется и становится водой (жидкостью).

В настоящем варианте осуществления, когда вода в первом контейнере 12 A нагревается до 80°C для взаимодействия с оксидом кальция в режиме выделения тепла, как показано на ФИГ. 5, давление в теплоаккумуляторе первой ступени 1 А становится практически равным давлению насыщенных паров Ре 1 (приблизительно 50 кПа) при температуре воды в первом резервуаре 12 А.

Аналогично , температура воды во второй емкости 12 B становится 330°С в режиме тепловыделения. Таким образом, давление в теплоаккумуляторе второй ступени 1 B становится практически равным давлению насыщенных паров Pe 2 (приблизительно 13 МПа) при температуре воды во втором резервуаре 12 B.

In В настоящем варианте осуществления максимальная предельная температура Tm 1 (80°C) воды в первом контейнере 12 A ниже критической температуры Tc (374°C) воды. Следовательно, выдерживаемое давление Pv 1 теплоаккумулятора первой ступени 1 А должен быть установлен только таким образом, чтобы оно было выше давления насыщенных паров Ре 1 при максимальной предельной температуре Тм 1 , то есть 50 кПа.

Аналогично, в настоящем варианте максимальная предельная температура Tm 2 (330°C) воды во втором контейнере 12 B ниже критической температуры Tc воды. Следовательно, выдерживаемое давление Pv 2 теплоаккумулятора 9 второй ступени1049 1 B необходимо только установить таким образом, чтобы оно было выше давления насыщенных паров Pe 2 при максимальной предельной температуре Tm 2 , то есть 13 МПа.

Однако при вакуумировании для приведения внутреннего теплоаккумуляторов 1 A, 1 B под вакуумом перед вводом воды в качестве первого реагента A при изготовлении теплоаккумуляторов 1 A, 1 B. Таким образом, в настоящем варианте осуществления выдерживаемое давление Pv 1 теплоаккумулятора первой ступени 1 A установлено на значение выше 101,3 кПа.

По этой причине можно сделать герметичную конструкцию теплоаккумулятора первой ступени 1 A более простой, чем устойчивую к давлению конструкцию теплоаккумулятора второй ступени 1 B. нет необходимости в усилении устойчивых к давлению конструкций всех теплоаккумуляторов 1 A, 1 B и снижение затрат.

Далее рассматривается оптимальный коэффициент наполнения оксидом кальция в каждом теплоаккумуляторе 1 A, 1 B.

В идеальном рабочем состоянии, при котором в каждом блоке хранения тепла отсутствует теплоемкость 1 A, 1 B, количество теплоты реакции Qr 1 [Дж], генерируемой в первом реакционном сосуде 11 А можно все отдать во второй контейнер 12 B в режиме тепловыделения. Таким образом, выполняется соотношение, выраженное следующим выражением 4:

Qr1=Qo1=Qe2  (выражение 4)

где Qo 1 [Дж] — количество тепла, переданного из первого реакционного сосуда 11 A во второй контейнер 12 B, а Qe 2 [Дж] – количество теплоты, необходимое для испарения воды во втором контейнере 12 B.

Количество теплоты Qr 2 [J], полученный во втором реакционном сосуде 11 B при взаимодействии воды, испарившейся во втором сосуде 12 B, с оксидом кальция во втором реакционном сосуде 11 B, выражается следующим выражением 5:

Qr 2 =Qe 2 ·ΔHr/ΔHe=Qr 1 ·ΔHr/ΔHe   (выражение 5)

в котором реакция между оксида кальция и воды, а ΔHe [Дж/моль] — скрытая теплота парообразования воды.

Следовательно, при идеальной работе без теплоемкости желательно, чтобы соотношение количества оксида кальция, заполняемого в теплоаккумуляторе первой ступени 1 A, и количества оксида кальция, заполняемого во второй ступени накопитель тепла 1 B с соотношением ΔHr и ΔHe.

Однако в реальной эксплуатации трудно достичь вышеупомянутого идеального рабочего состояния, и некоторое количество тепла теряется в каждой части теплоаккумуляторов 1 A, 1 B из-за теплоемкости. Поэтому оптимальная степень наполнения оксидом кальция варьируется в зависимости от теплоемкости.

Отношения, представленные следующими выражениями 6 и 7, установлены:

QO 1 = QR 1 -QR 1 HM (экспрессия 6)

HM (экспрессия 6)

HM (экспрессия 6)

HM (экспрессия 6)

HM (экспрессия 6)

HM (экспрессия 6). 2 −Qe 2 HM ·( Ta 2 −T воздух)}·Δ Hr/ΔHe   (Выражение 7)

, где Qr 1 HM [Дж/К] — теплоемкость первого реактора 11 A; Qe 2 HM [Дж/К] – теплоемкость второго контейнера 12 B; Ta 1 [K] – целевая температура в первом реакционном сосуде 11 A; Ta 2 [K] – целевая температура во втором реакционном сосуде 11 B; Tair [K] – температура наружного воздуха.

В данном варианте целевая температура Ta 1 в первом реакционном сосуде 11 A составляет 703,15 К (430°С), заданная температура Ta 2 во втором реакционном сосуде 11 В составляет 603,15 К (330°С), а температура наружного воздуха Таир составляет 298,15К (25°С).

Expression 7 is transformed into the following Expression 8 using Qe 2 =Qo 1 of the above Expression 3.

Qr 2 ={Qr 1 −Qr 1 HM ·( Та 1 −T воздух)− Qe 2 HM ·( Ta 2 −T воздух)}· ΔHr/ΔHe   (Выражение 8)

9332 оксида кальция, залитого в теплоаккумуляторы 1 A, 1 B таким образом, чтобы количество теплоты Qr 2 удовлетворяло соотношению, выраженному следующим выражением 9:

Qr 1 ·ΔHr/ΔHe 2 <{Qr 1 −Qr 1 HM ·( Ta 1 −T воздух)− Qe 2 HM ·( Ta 2 −T воздух)} · ΔHr/·He 09)3 In 9 давл. В варианте осуществления оксид кальция используется для второго реагента В в качестве химической теплоаккумулирующей среды. Однако можно использовать оксид металла, такой как оксид магния (MgO), оксид марганца (MnO), оксид меди (II) (CuO) и оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ), в качестве химического вещества. теплоноситель.

РИС. 6 представляет собой график, показывающий линии равновесия реакции водопоглощения вышеупомянутых оксидов металлов и линию равновесия пар-жидкость воды. На фиг. 6 горизонтальная ось указывает обратную величину температуры, а вертикальная ось указывает равновесное давление.

На РИС. 6, из линий равновесия реакций водопоглощения нескольких оксидов металлов линия равновесия реакции водопоглощения оксида кальция находится дальше всего от линии равновесия пар-жидкость воды. Как показано на фиг. 3, поэтому температура может быть повышена до желаемой температуры (770°С), всего лишь предусмотрев две ступени теплоаккумуляторов 9. 1049 1 A, 1 B.

Между тем, из линий равновесия реакций водопоглощения оксидов многих металлов линия равновесия оксида магния наиболее удалена от линии парожидкостного равновесия воды, рядом с ней из оксида кальция. ИНЖИР. 7 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции поглощения воды оксидом магния и линию равновесия пар-жидкость воды. На фиг. 7 горизонтальная ось указывает обратную величину температуры, а вертикальная ось указывает давление газа.

Когда оксид магния используется в качестве химической теплоаккумулирующей среды, как показано на ФИГ. 7, температура может быть повышена только примерно до 450°С даже путем футеровки теплоаккумуляторов в четыре этапа. В таком случае из-за увеличения количества ступеней теплоаккумулирующих устройств снижается эффективность использования тепла. Таким образом, при использовании оксида кальция в качестве химической теплоаккумулирующей среды, как в настоящем варианте осуществления, количество ступеней теплоаккумулирующих устройств сводится к минимуму для снижения производственных затрат и надежного увеличения выходной температуры.

В соответствии с данным вариантом осуществления в режиме тепловыделения тепло реакции, генерируемое в первом реакционном сосуде 11 A теплоаккумулятора первой ступени 1 A, передается во второй контейнер 12 B теплоаккумулятора второй ступени 1 B. Вода, нагретая и испаренная за счет этого тепла, поступает во второй реакционный сосуд 11 B теплоаккумулятора второй ступени 1 B и реагирует с оксидом кальция с образованием генерировать, тепло реакции снова. Второй реакционный сосуд 11 B теплоаккумулятора второй ступени 1 B, то есть теплоаккумулятор последней ступени термически связан с тепловой машиной 6 . Следовательно, тепло, температура которого (770°С) была сделана выше, чем у солнечного тепла в качестве внешнего тепла, может быть использовано в тепловом двигателе 6 .

В режиме тепловыделения, как описано выше, выход может извлекаться до тех пор, пока есть тепло от теплового аккумулятора 4 , который подает тепло с более низкой температурой (80°C), чем солнечное тепло. То есть тепло с более высокой температурой, чем солнечное тепло, может отдаваться даже без присутствия солнечного тепла в качестве внешнего тепла при тепловыделении.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления будет описан ниже со ссылкой на фиг. 8. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта тем, что входные каналы конденсатора и выходные каналы конденсатора исключены, а вместо этого тепло водяного пара, образующегося в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B обменивается с наружным воздухом через хладагент.

РИС. 8 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно второму варианту осуществления. Как показано на фиг. 8, химический аккумулятор тепла по настоящему варианту выполнен таким образом, что в режиме аккумулирования тепла водяной пар, образующийся в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B поступает в первую и вторую емкости 12 A, 12 B через соединительные каналы 13 A, 13 B.

: теплообменники конденсационные 37 A, 37 B, размещенные в первом и втором контейнерах 12 A, 12 B; рефрижераторный холодильник 30 , расположенный вне теплоаккумуляторов 1 A, 1 Б; и контур хладагента 38 , в котором хладагент циркулирует между конденсационными теплообменниками 37 A, 37 B и холодильным холодильником 30 .

Конденсационные теплообменники 37 A, 37 B представляют собой теплообменники, осуществляющие теплообмен между паром и хладагентом для охлаждения и конденсации водяного пара в режиме аккумулирования тепла. Рефрижераторный холодильник 30 представляет собой теплообменник, который осуществляет теплообмен между хладагентом и наружным воздухом для охлаждения хладагента. В контуре хладагента 38 , там находится насос хладагента 39 для циркуляции хладагента.

Далее будет описана работа настоящего варианта осуществления. В накопителе тепла водяной пар, поступающий в первый и второй резервуары 12 A, 12 B через соединительные каналы 13 A, 13 B, охлаждается и конденсируется в конденсационных теплообменниках 37 A, 37 B, и сохраняется в первом и втором контейнерах 12 A, 12 B. Хладагент, поглотивший тепло водяного пара в конденсационных теплообменниках 37 A, 37 B, поступает в холодильный холодильник 30 по контуру хладагента 5049 38 . Хладагент, введенный в рефрижератор 30 , обменивается теплом с наружным воздухом и при этом охлаждается.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления водяной пар, образующийся в первом и втором реакционных сосудах 11 А, 11 Б можно конденсировать в первой и второй емкости 12 А, 12 А. Таким образом, преимущества, аналогичные первому варианту, достигаются без использования прохода и водяного насоса для возврата воды конденсируется с помощью средства конденсации в первый и второй контейнеры 12 A, 12 B.

Третий вариант осуществления

Третий вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 9. Третий вариант отличается от первого тем, что часть тепла реакции выделяется в первом реакционном сосуде 9.1049 11 A используется в качестве источника нагрева для нагрева воды, находящейся в первом резервуаре 12 A.

РИС. 9 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла по третьему варианту осуществления. Как показано на фиг. 9, химический аккумулятор тепла в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя: теплообменник 43 источника тепла, расположенный в первом реакционном сосуде 11 A; первый теплообменник водяного отопления 16 А, помещенный в первую емкость 12 А; и пятый контур теплоносителя 44 , который обеспечивает циркуляцию пятого теплоносителя между теплообменником источника тепла 43 и первым теплообменником нагрева воды 16 A.

Теплообменник источника тепла 43 представляет собой теплообменник. который нагревает пятый теплоноситель за счет тепла реакции, образующегося при взаимодействии оксида кальция и воды друг с другом в первом реакционном сосуде 11 A. Первый теплообменник для нагрева воды 16 A представляет собой теплообменник, осуществляющий теплообмен между пятым теплоносителем и водой, находящейся в первом резервуаре 12 A, для нагрева и испарения воды. В пятом контуре 44 теплоносителя размещен пятый насос 45 теплоносителя, который обеспечивает циркуляцию пятого теплоносителя.

Далее будет описана работа настоящего варианта осуществления. В режиме тепловыделения тепло реакции выделяется, когда оксид кальция и вода реагируют друг с другом в первом реакционном сосуде 9.1049 11 А передается воде в первой емкости 12 А через пятый теплоноситель. В результате вода нагревается и испаряется. Водяной пар, полученный в первом контейнере 12 , поступает в первый реакционный сосуд 11 А через соединительный канал 13 А и вступает в реакцию с оксидом кальция. В результате выделяется теплота реакции.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления вода, находящаяся в первом контейнере 12 A можно нагреть за счет части тепла реакции, генерируемого в первом реакционном сосуде 11 A. Следовательно, нет необходимости в отдельном обеспечении источника нагрева, и, таким образом, преимущества, аналогичные первому варианту осуществления, могут быть получены за счет простая конфигурация. В режиме тепловыделения внешний источник нагрева вообще не требуется. Следовательно, химический аккумулятор тепла по настоящему варианту осуществления может применяться в широком диапазоне систем.

Четвертый вариант

Четвертый вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. Фиг. 10 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла по четвертому варианту осуществления. Как показано на фиг. 10, контур транспортировки тепла реакции 51 в настоящем варианте осуществления выполнен с возможностью циркуляции третьего теплоносителя от первого теплообменника-утилизатора 17 A ко второму теплообменнику 16 B для нагрева воды и к первому теплообменнику 16 A для нагрева воды. первый теплообменник водяного нагрева 16 A расположен между выходом третьего насоса теплоносителя 52 и входом первого теплообменника рекуперации тепла 17 A. описано. В режиме тепловыделения третий теплоноситель, циркулирующий в контуре переноса теплоты реакции 51 поглощает теплоту реакции, образующуюся в первом реакционном сосуде 11 A в первом теплообменнике-утилизаторе 17 A. Во втором теплообменнике нагрева воды 16 B, после чего часть количества поглощенного тепла на первом теплообменнике-утилизаторе 17 A отдается воде во второй емкости 12 B.

На первом теплообменнике водяного отопления 16 A, после чего количество теплоты отдается воде в первом контейнере 12 A. Это количество тепла эквивалентно значению, полученному путем вычитания количества тепла, выделившегося на втором теплообменнике водяного отопления 16 B, из количества тепла, поглощенного первым теплообменником-утилизатором 17 A Таким образом, вода в первом резервуаре 12 А нагревается и испаряется, и этот водяной пар поступает в первый реакционный сосуд 11 А через соединительный канал 13 А и реагирует с оксидом кальция. В результате выделяется теплота реакции.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления вода, содержащаяся в первом контейнере 12 A, может быть нагрета за счет части тепла, переданного во второй контейнер 12 B. Следовательно, нет необходимости отдельно обеспечивать источник нагрева и, следовательно, те же преимущества, что и в первом варианте осуществления, могут быть получены за счет простой конфигурации. В режиме тепловыделения внешний источник нагрева вообще не требуется. Следовательно, химический аккумулятор тепла по настоящему варианту осуществления может применяться в широком диапазоне систем.

Пятый вариант осуществления

Пятый вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 11. Пятый вариант отличается от первого тем, что теплота конденсации, образующаяся при конденсации водяного пара в конденсаторе 3 , используется в качестве источника тепла для нагрева воды, находящейся в первом контейнере 12 A.

РИС. 11 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла по пятому варианту осуществления. Как показано на фиг. 11, конденсатор 3 настоящего варианта осуществления включает теплоаккумулирующий носитель 300 , который аккумулирует теплоту конденсации, образующуюся при конденсации водяного пара, образующегося в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B. Первый водяной теплообменник 16 A соединен с конденсатором 3 через второй контур 41 теплоносителя. Следовательно, вода в первом контейнере 12 A может быть нагрета за счет тепла, запасенного в теплоаккумулирующей среде 9.1049 300 в конденсатор 3 через первый теплообменник водяного нагрева 16 A. То есть конденсатор 3 настоящего варианта осуществления обеспечивает источник тепла.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления вода, содержащаяся в первом контейнере 12 A, может нагреваться за счет тепла конденсации, образующегося при конденсации водяного пара, образующегося в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B. Следовательно, такие же преимущества, как и в первом варианте, могут быть получены за счет такой простой конфигурации, что конденсатор 3 поставляется только с теплоносителем 300 . Поскольку теплота конденсации, отводимая в наружный воздух в первом варианте осуществления, может быть эффективно использована в качестве источника тепла, эффективность использования тепла может быть повышена.

Шестой вариант осуществления

Шестой вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 12. Шестой вариант отличается от пятого варианта тем, что свето- и теплосборное устройство 2 , и теплоноситель , 300, в качестве источника тепла термически связаны друг с другом, так что тепло света и устройства сбора тепла 2 могут накапливаться в теплоаккумуляторе , 300, .

РИС. 12 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла по шестому варианту осуществления. Как показано на фиг. 12, химический аккумулятор тепла в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя: теплообменник , аккумулирующий тепло. 301 термически связанный с конденсатором 3 ; и шестой контур 23 теплоносителя, который обеспечивает циркуляцию шестого теплоносителя между теплообменником 301 , аккумулирующим тепло, и устройством 2 сбора света и тепла. Теплообменник 301 представляет собой теплообменник, осуществляющий теплообмен между шестым теплоносителем, нагретым на свету, и устройством сбора тепла 2 и теплоносителем .300 . Таким образом, он отдает тепло, присутствующее в шестом теплоносителе, в теплоаккумулирующий носитель 300 .

В шестом контуре теплоносителя 23 между выходом светотеплосборника 2 и входом теплообменника-аккумулятора 301 расположен шестой запорный вентиль 24 . Шестой запорный клапан 24 открывает и закрывает шестой контур теплоносителя 23 . Шестой насос теплоносителя 25 размещается между выходом теплообменника-аккумулятора тепла 301 и входом светотеплосборника 2 в шестом контуре теплоносителя 23 . Шестой насос теплоносителя 25 обеспечивает циркуляцию шестого теплоносителя в шестом контуре теплоносителя 23 .

Согласно настоящему варианту осуществления, когда солнечное тепло, собранное в устройстве сбора света и тепла 2 , является избыточным, шестой двухпозиционный клапан 24 открывается и включается шестой насос теплоносителя 25 , так что солнечное тепло, собранное в устройстве сбора света и тепла 2 , сохраняется в теплоносителе 300 через шестой теплоноситель. Следовательно, солнечное тепло, собранное в устройстве сбора света и тепла 2 , может быть эффективно использовано для повышения эффективности использования тепла.

Седьмой вариант осуществления

Седьмой вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 13. Седьмой вариант отличается от первого тем, что нагреваемый объект представляет собой высокотемпературную часть двигателя Стирлинга.

РИС. 13 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла по седьмому варианту осуществления. Как показано на фиг. 13, химический аккумулятор тепла в соответствии с настоящим вариантом осуществления соединен с устройством , 70, , использующим тепло, которое использует тепло, хранящееся в химическом аккумуляторе тепла. Это теплоиспользующее устройство 70 включает двигатель Стирлинга 71 в качестве теплового двигателя, который преобразует тепловую энергию в механическую энергию. Двигатель Стирлинга 71 включает высокотемпературную часть 71 a для нагрева и расширения рабочего газа и низкотемпературную часть 71 b для охлаждения и сжатия рабочего газа.

Высокотемпературная часть 71 a двигателя Стирлинга 71 снабжена теплообменником высокотемпературной части 711 . Теплообменник высокотемпературной части 711 подключен к контуру отвода тепла 61 и осуществляет теплообмен между четвертым теплоносителем, нагретым во втором теплообменнике-утилизаторе 17 B, и рабочим газом, нагревая тем самым рабочий газ.

Низкотемпературная часть 71 b двигателя Стирлинга 71 термически связана с частью корпуса третьего реагента 72 , которая содержит третий реагент C в жидком состоянии. В частности, теплоутилизирующее устройство 70 включает в себя: низкотемпературный частичный теплообменник 712 размещается в низкотемпературной части 71 б двигателя Стирлинга 71 ; теплообменник третьего реагента 721 , размещенный в части корпуса третьего реагента 72 ; и седьмой контур 73 теплоносителя, в котором циркулирует седьмой теплоноситель между теплообменником 712 низкотемпературной части и третьим теплообменником 721 реагентов.

Низкотемпературная часть теплообменника 712 — теплообменник, осуществляющий теплообмен между рабочим газом и седьмым теплоносителем для охлаждения рабочего газа. Теплообменник третьего реагента 721 представляет собой теплообменник, который осуществляет теплообмен между седьмым теплоносителем и третьим реагентом С, тем самым высвобождая тепло, поглощенное седьмым теплоносителем в теплообменнике 712 низкотемпературной части, в третий реагент С. В результате третий реагент С нагревается и испаряется седьмым теплоносителем.

Часть корпуса для третьего реагента 72 соединена с каналом для третьего реагента 751 , который направляет третий реагент C, испаряющийся в части корпуса для третьего реагента 72 , в часть корпуса для четвертого реагента 74 , в которой находится четвертый реагент D в твердое состояние. В третьем канале для реагентов 751 расположен запорный клапан 752 третьего канала для реагентов, который открывает и закрывает третий канал для реагентов 751 .

В настоящем варианте осуществления в качестве третьего реагента C используется вода, а в качестве четвертого реагента D используется оксид кальция. 1, и во время этой реакции выделяется теплота реакции.

В четвертой части корпуса реагента 74 размещен тепловыделяющий теплообменник 741 для высвобождения тепла реакции, генерируемого в четвертой части корпуса реагента 9.1049 74 во время вышеуказанной реакции. В частности, теплообменник 741 с выделением тепла представляет собой теплообменник, который выделяет тепло реакции в теплоноситель, выделяющий тепло.

Теплообменник 741 соединен с контуром теплоносителя 761 для циркуляции теплоносителя. В контуре теплоносителя 761 теплообменник охлаждения теплоносителя 76 ставится. Теплообменник 76 охлаждения теплоносителя осуществляет теплообмен между тепловыделяющим теплоносителем, который поглотил теплоту реакции в тепловыделяющем теплообменнике 741 , и наружным воздухом для охлаждения теплоносителя.

В четвертой части корпуса реагента 74 размещен теплообменник регенерации 742 для нагревания гидроксида кальция, полученного в ходе химической реакции, представленной химической формулой 1 выше, для разделения гидроксида кальция на оксид кальция и воду. Теплообменник регенерации 742 подключен к первому контуру теплоносителя 21 , а гидроксид кальция в четвертой части корпуса реагента 74 нагревается первым теплоносителем, нагретым солнечным теплом в устройстве сбора света и тепла 2 .

Четвертая часть корпуса реагента 74 соединена с каналом для конденсации 771 , который направляет воду (водяной пар), отделенную от гидроксида кальция, в конденсационный теплообменник 77 . В канале для конденсата 771 установлен запорный клапан 772 для канала для конденсата, который открывает и закрывает канал для конденсата 771 .

Конденсационный теплообменник 77 представляет собой теплообменник, осуществляющий теплообмен между водяным паром, отделенным от гидроксида кальция, и наружным воздухом для охлаждения и конденсации водяного пара. Конденсационный теплообменник 77 устроен так, что вода конденсируется на конденсационном теплообменнике 77 сохраняется.

Конденсационный теплообменник 77 соединен с обратным каналом 781 , который направляет воду, оставшуюся в конденсационном теплообменнике 77 , к третьей части корпуса реагента 72 . В обратном проходе 781 размещен запорный клапан 782 , который открывает и закрывает обратный проход 781 .

Работа настоящего варианта осуществления, имеющего вышеуказанную конфигурацию, будет описана ниже со ссылкой на фиг. 13. Сначала будет описана работа в режиме тепловыделения.

В режиме тепловыделения четвертый теплоноситель, нагретый в химическом тепловом аккумуляторе, подается в теплообменник высокотемпературной части 711 и высокотемпературной части 71 a двигателя Стирлинга 71 с подогревом. Запорный клапан третьего канала для реагента 752 полностью открыт, а запорный клапан канала для конденсата 772 и запорный клапан обратного потока 782 полностью закрыты. Кроме того, четвертая часть 9 корпуса реагента1049 74 охлаждается выделяющим тепло теплоносителем. Таким образом, вода в третьей части 72 корпуса для реагента течет в четвертую часть 74 корпуса для реагента через канал 751 для третьего реагента, и происходит химическая реакция, представленная химической формулой 1 выше.

В теплообменнике третьего реагента 721 в это время седьмой теплоноситель охлаждается за счет тепла парообразования, образующегося, когда вода в части 9 корпуса третьего реагента1049 72 испаряется, и его температура становится ниже, чем у наружного воздуха. В результате низкотемпературная часть 71 b двигателя Стирлинга 71 охлаждается седьмым теплоносителем с более низкой температурой, чем наружный воздух, на теплообменнике низкотемпературной части 712 .

Соответственно, в режиме тепловыделения, поскольку высокотемпературная часть 71 a двигателя Стирлинга 71 может нагреваться примерно до 770°С, а низкотемпературная часть 71 b охлаждается до температуры ниже температуры наружного воздуха. Следовательно, тепловая энергия может быть эффективно преобразована в механическую энергию.

Далее будет описана работа в режиме накопления тепла. В режиме аккумулирования тепла третий запорный клапан 752 канала реагента и запорный клапан обратного канала 782 полностью закрыты; запорный клапан канала конденсата 772 полностью открыт; и первый насос теплоносителя 22 срабатывает. Следовательно, гидроксид кальция в четвертой части 74 корпуса реагента нагревается первым теплоносителем, нагретым солнечным теплом в теплообменнике 742 регенерации, и, таким образом, разделяется на оксид кальция и водяной пар. Этот водяной пар поступает в конденсационный теплообменник 77 через канал для конденсата 771 , а затем охлаждается и конденсируется наружным воздухом в конденсационном теплообменнике 77 9.1050 .

Далее будет описана работа в режиме поддержания аккумулирования тепла. В режиме поддержания аккумулирования тепла запорный клапан канала конденсата 772 также полностью закрыт. В результате можно накапливать солнечное тепло.

Полностью открыв в это время запорный клапан обратного канала 782 , вода, оставшаяся в конденсационном теплообменнике 77 , может быть возвращена в третью часть корпуса реагента 72 через обратный канал 781 . После того, как вся вода, оставшаяся в конденсационном теплообменнике 77 , будет возвращена в третью часть корпуса реагента 72 , двухпозиционный клапан 782 канала обратного потока будет полностью закрыт.

Вышеупомянутый этап возврата воды, оставшейся в конденсационном теплообменнике 77 , в часть корпуса третьего реагента 72 может осуществляться не только в режиме поддержания аккумулирования тепла, но также в режиме тепловыделения и режим накопления тепла.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления могут быть достигнуты преимущества, аналогичные первому варианту осуществления, и, кроме того, тепловая энергия может быть эффективно преобразована в механическую энергию.

Восьмой вариант осуществления

Восьмой вариант осуществления будет описан ниже со ссылкой на фиг. 14. Восьмой вариант отличается от первого температурой нагрева первой емкости 12 А в режиме тепловыделения.

РИС. 14 представляет собой график, показывающий линию равновесия реакции водопоглощения оксида кальция и линию парожидкостного равновесия воды в режиме тепловыделения в восьмом варианте осуществления. На фиг. 14 горизонтальная ось указывает обратную величину температуры, а вертикальная ось указывает давление газа. На фиг. 14 сплошная линия представляет собой линию равновесия реакции поглощения воды оксидом кальция, а пунктирная линия представляет собой линию равновесия пар-жидкость воды.

Как показано на РИС. 14, когда вода в первой емкости 12 А нагревается до 120°С в режиме тепловыделения, давление в первой емкости 12 А достигает примерно 200 кПа, как показано точкой а. Таким образом, давление в первом реакционном сосуде 11 А, сообщающемся с первым сосудом 12 А через соединительный канал 13 А, становится по существу равным давлению в первом сосуде 12 А. Таким образом, температура оксида кальция в первом реакционном сосуде 11 A поднимается примерно до 500°C, как показано точкой b на фиг. 14 в сочетании с реакцией (реакцией водопоглощения), представленной химической формулой 1 выше.

Тепло, выделяемое в первом реакционном сосуде 11 A, передается воде во втором резервуаре 12 B через третий теплоноситель. В это время между первым реакционным сосудом 11 A и вторым резервуаром 12 9 возникает разница температур около 100°C.1050 В в соответствии с теплопередачей. Таким образом, температура воды во втором резервуаре 12 B становится около 400°C. В это время давление во втором реакционном сосуде 11 B, сообщающемся со вторым резервуаром 12 B через соединительный канал 13 B становится практически равным давлению во втором сосуде 12 B. Таким образом, температура оксида кальция во втором реакционном сосуде 11 B поднимается примерно до 850°C, как показано точкой d на фиг. 14 в сочетании с реакцией (реакцией водопоглощения), представленной химической формулой 1 выше.

В настоящем варианте осуществления максимальная предельная температура Tm 2 (точка c на фиг. 14) воды во втором контейнере 12 B выше, чем критическая температура Tc (374°C) воды. Следовательно, устойчивая к давлению конструкция теплоаккумулятора второй ступени 1 B не может быть сделана идентичной устойчивой к давлению конструкции в первом варианте осуществления.

Давление Paq воды во втором контейнере 12 B выражается следующим выражением 10, где n — молекулярная масса [моль] воды во втором контейнере 12 B; Vm – объемная вместимость [м ³ ] второго контейнера 12 B; z — коэффициент сжимаемости; и R представляет собой газовую постоянную (R=8,314 [Дж/(мольК)]).

Paq=znRTm 2 /Vm   (Выражение 10)

Таким образом, для сохранения конструкции теплоаккумулятора 1 B необходимо, чтобы выдерживаемое давление Pv 2 [Па] теплоаккумулятора второй ступени 1 B было больше, чем Paq. То есть необходимо установить выдерживаемое давление Pv 2 теплоаккумулятора второй ступени 1 B, чтобы выполнялось соотношение, выраженное следующим выражением 11:

Pv 2 >znRTm 2 /Vm   (Выражение 11)

При максимальной предельной температуре Tm 2 воды во втором резервуаре 12 B теплоаккумулятора второй ступени 1 B равна или превышает критическую температуру Tc воды, так как в настоящем варианте выдерживаемое давление Pv второго ступенчатый блок накопления тепла 1 B настроен таким образом, что соотношение, выраженное приведенным выше выражением 11, удовлетворяется.

Девятый вариант осуществления

Девятый вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 15. Девятый вариант осуществления отличается от седьмого варианта осуществления тем, что: выделяется теплота реакции, когда оксид кальция и вода реагируют друг с другом в четвертой части 9 корпуса реагента. 1049 74 используется в качестве источника нагрева для нагрева воды, находящейся в первом резервуаре 12 A.

РИС. 15 представляет собой общую блок-схему химического аккумулятора тепла согласно девятому варианту осуществления. Как показано на фиг. 15, химический аккумулятор тепла в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя контур , 761, тепловыделяющего теплоносителя для циркуляции теплоносителя между тепловыделяющим теплообменником , 741, и первым водяным теплообменником 9.1049 16 A. Таким образом, в режиме тепловыделения тепло реакции, генерируемое при взаимодействии оксида кальция и воды друг с другом в четвертой части корпуса реагента 74 , поглощается выделяющим тепло теплоносителем при тепловыделении теплообменник 741 , и тепло реакции выделяется воде в первом резервуаре 12 A в первом теплообменнике нагрева воды 16 A для нагрева воды.

В контуре выделяющего тепло теплоносителя 761 , насос теплоносителя 762 для циркуляции теплоносителя и запорный клапан контура теплоносителя 762 , который открывает и закрывает контур теплоносителя 761 . размещен.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления вода, содержащаяся в первом контейнере 12 A, может нагреваться за счет тепла реакции, генерируемого в четвертой части корпуса реагента 74 . Следовательно, нет необходимости отдельно обеспечивать источник нагрева, и эффект седьмого варианта осуществления можно получить за счет простой конфигурации. В режиме тепловыделения внешний источник нагрева вообще не требуется, и химический аккумулятор тепла по настоящему варианту может применяться в широком диапазоне систем.

В седьмом варианте осуществления тепло реакции, генерируемое в части корпуса четвертого реагента 74 , отводится в наружный воздух. С другой стороны, в настоящем варианте осуществления тепло реакции можно эффективно использовать в качестве источника тепла. Соответственно, эффективность использования тепла может быть повышена.

Десятый вариант осуществления

Десятый вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 16 и 17. Десятый вариант осуществления отличается от первого варианта тем, что теплообменник регенерации и теплообменник рекуперации тепла размещены в каждом из первого и второго реакционных сосудов 9.1049 11 A, 11 B выполнены в виде одиночного теплообменника и контура теплоносителя, через который теплоноситель, подаваемый в один теплообменник, переключается электрическим трехходовым клапаном.

РИС. 16 представляет собой общую блок-схему, иллюстрирующую химический аккумулятор тепла согласно десятому варианту осуществления, а фиг. 17 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий химический аккумулятор тепла согласно десятому варианту осуществления.

Первый реакционный сосуд 11 A снабжен первым теплообменником 181 , осуществляющий теплообмен между веществом (например, оксидом кальция или гидроксидом кальция) в первом реакционном сосуде 11 A и восьмым теплоносителем вместо теплообменника регенерации 15 A и первого рекуператора тепла теплообменник 17 A. Второй реакционный сосуд 11 B снабжен вторым теплообменником 182 , который осуществляет теплообмен между веществом (например, оксидом кальция или гидроксидом кальция) во втором реакционном сосуде 11 B и восьмой теплоноситель вместо теплообменника регенерации 15 A и теплообменника рекуперации тепла 17 B. Вторая емкость 12 B снабжена третьим теплообменником 183 осуществляющий теплообмен между веществом (например, водой) во второй емкости 12 B и восьмым теплоносителем.

Химический аккумулятор тепла по настоящему варианту включает восьмой контур теплоносителя 80 , обеспечивающая циркуляцию восьмого теплоносителя в свето- и теплоаккумуляторе 2 , теплообменники с первого по третий 181 по 183 и тепловой двигатель 6 . На стороне выхода устройства сбора света и тепла 2 в восьмом контуре теплоносителя 80 подключен первый насос 81 для циркуляции восьмого теплоносителя в восьмом контуре теплоносителя 80 .

На стороне выпуска теплоносителя первого насоса 81 предусмотрен ответвитель 82 , который разветвляет поток восьмого теплоносителя , вытекающего из первого насоса 81 . Один поток восьмого теплоносителя, раздвоенный на ответвлении 82 , направляется в первый электрический трехходовой клапан 83 , а другой поток восьмого теплоносителя направляется во второй электрический трехходовой клапан. ходовой клапан 84 .

Первый и второй электрические трехходовые клапаны 83 , 84 представляют собой средства переключения контура теплоносителя, работа которых управляется управляющим напряжением, выдаваемым управляющим устройством (не показано).

Например, во включенном состоянии, когда подается питание, первый электрический трехходовой клапан 83 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает связь между выходом теплоносителя со стороны освещения и коллектором тепла. устройство 2 и первую часть входа/выхода теплоносителя 181 a первого теплообменника 181 . В обесточенном состоянии, когда электропитание отключено, первый электрический трехходовой клапан 83 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает связь между первой частью входа/выхода теплоносителя 181 a первого теплообменника 181 и части подачи теплоносителя 183 a третьего теплообменника 183 .

Второй электрический трехходовой клапан 84 во включенном состоянии, когда подается питание, переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает сообщение между выходной стороной теплоносителя светильника и устройством сбора тепла 2 и первую часть 182 a впуска/выпуска теплоносителя второго теплообменника 182 . В обесточенном состоянии, при котором подача электроэнергии прекращена, второй электрический трехходовой клапан 84 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает связь между первой частью входа/выхода теплоносителя 182 a второго теплообменника 182 и входной стороной теплоносителя второго насоса 85 .

Второй насос 85 используется для циркуляции восьмого теплоносителя в восьмом контуре теплоносителя 80 . Выходная сторона теплоносителя второго насоса 85 подключается к стороне впуска теплоносителя теплового двигателя 6 .

Выходная часть теплоносителя 183 b третьего теплообменника 183 сообщается с резервуаром-накопителем 86 , который поглощает изменение объема восьмого теплоносителя. Сторона выхода теплоносителя резервуара-накопителя 86 сообщается со стороной входа теплоносителя третьего насоса 87 для циркуляции восьмого теплоносителя в восьмом контуре теплоносителя 80 .

Сторона выхода теплоносителя третьего насоса 87 сообщается с третьим электрическим трехходовым клапаном 88 . Третий электрический трехходовой клапан 88 представляет собой средство переключения контура теплоносителя, работа которого управляется управляющим напряжением, выдаваемым устройством управления (не показано).

Например, во включенном состоянии, в котором подается питание, третий электрический трехходовой клапан 88 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает сообщение между второй частью входа/выхода теплоносителя 181 b первого теплообменника 181 и входом теплоносителя на стороне света и тепла сборное устройство 2 . В обесточенном состоянии, когда подача электроэнергии отключена, третий электрический трехходовой клапан 88 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает сообщение между выпускной стороной теплоносителя третьего насоса 87 и вторую часть входа/выхода теплоносителя 181 b первого теплообменника 181 .

Вторая часть входа/выхода теплоносителя 182 b второго теплообменника 182 соединена с четвертым электрическим трехходовым клапаном 89 . Четвертый электрический трехходовой клапан 89 представляет собой средство переключения контура теплоносителя, работа которого управляется управляющим напряжением, выдаваемым устройством управления (не показано).

Например, во включенном состоянии, когда подается питание, четвертый электрический трехходовой клапан 89 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает связь между второй частью входа/выхода теплоносителя 182 b второго теплообменника 182 и стороны входа теплоносителя светотеплосборника 2 . В обесточенном состоянии, при котором электропитание прекращено, четвертый электрический трехходовой клапан 89 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, который обеспечивает связь между выходной стороной теплоносителя теплового двигателя 6 и второй частью входа/выхода теплоносителя 182 b второго теплообменника 182 .

Далее будет описана работа настоящего варианта осуществления, имеющего вышеуказанную конфигурацию, со ссылкой на фиг. 16. Сначала будет описана работа в режиме тепловыделения.

В режиме тепловыделения полностью открыты первые двухпозиционные клапаны 14 А, 14 В; второй и третий запорные вентили 32 А, 32 В, 36 А, 36 В полностью закрыты; приводятся в действие второй насос теплоносителя 42 и второй и третий насосы 85 , 87 ; и первый насос 81 и водяной насос 35 остановлены.

В режиме тепловыделения далее первый электроклапан трехходовой 83 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором первая часть входа/выхода теплоносителя 181 a первого теплообменника 181 и часть входа теплоносителя 183 a третий теплообменник 183 находятся в сообщении друг с другом. Третий электрический трехходовой клапан 88 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором сторона выхода теплоносителя третьего насоса 87 и вторая часть входа/выхода теплоносителя 181 b первого теплообменника 181 сообщаются друг с другом.

Как показано сплошными стрелками на РИС. 16, следовательно, контур теплоносителя, по которому циркулирует восьмой теплоноситель, выполнен следующим образом: третий насос 87 → третий электрический трехходовой клапан 88 → первый теплообменник 181 → первый электрический трехходовой клапан 83 →третий теплообменник 183 →контейнер-накопитель 86 →третий насос 87 .

В режиме теплоотдачи далее второй электрический трехходовой клапан 84 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором первая часть входа/выхода теплоносителя 182 a второго теплоносителя теплообменник 182 и сторона впуска теплоносителя второго насоса 85 сообщаются друг с другом. Четвертый электрический трехходовой клапан 89 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором сторона выхода теплоносителя теплового двигателя 6 и вторая часть входа/выхода теплоносителя 182 b второго теплообменника 182 находятся в общении друг с другом.

Как показано сплошными стрелками на РИС. 16, следовательно, контур теплоносителя, по которому циркулирует восьмой теплоноситель, выполнен следующим образом: второй насос 9.

Соответственно, вода в первом контейнере 12 A нагревается и испаряется за счет тепла, накопленного в теплоаккумуляторе 4 , и образующийся водяной пар поступает в первый реакционный сосуд 11 A через соединительный канал 13 A. В первом реакционном сосуде 11 A оксид кальция, находящийся в первом реакционном сосуде 11 A, и водяной пар, вытекающий из первого сосуда 12 A, реагируют друг с другом. В результате образуется гидроксид кальция и выделяется теплота реакции.

Теплота реакции, генерируемая во время вышеуказанной реакции в первом реакционном сосуде 11 A, передается во второй резервуар 12 B через восьмой теплоноситель и, таким образом, вода, содержащаяся во втором резервуаре 12 B нагревается и испаряется под действием тепла. Водяной пар, испарившийся во втором контейнере 12 B, поступает во второй реакционный сосуд 11 B через соединительный канал 13 B. Во втором реакционном сосуде 11 B оксид кальция находится во втором реакционном сосуде. 11 B и водяной пар, вытекающий из второго контейнера 12 B, реагируют друг с другом. В результате образуется гидроксид кальция и выделяется теплота реакции. Теплота реакции, образующаяся при этой реакции, передается на тепловую машину 9.1049 6 через восьмой теплоноситель.

Далее будет описана работа в режиме накопления тепла. Режим аккумулирования тепла осуществляется после режима тепловыделения.

В режиме аккумулирования вторые запорные вентили 32 А, 32 В полностью открыты; первый, третий и четвертый запорные вентили 14 А, 14 В, 36 А, 36 В полностью закрыты; включается первый насос 81 ; и второй насос теплоносителя 42 , второй и третий насосы 85 , 87 и водяной насос 35 остановлены.

В режиме аккумулирования тепла далее первый электрический трехходовой клапан 83 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором сторона выхода теплоносителя светотеплосборника 2 и первый часть входа/выхода теплоносителя 181 a первого теплообменника 181 находятся на связи друг с другом. Третий электрический трехходовой клапан 88 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором вторая часть входа/выхода теплоносителя 181 b первого теплообменника 181 и вход теплоносителя стороны устройства сбора света и тепла 2 сообщаются друг с другом.

Как показано пунктирными стрелками на РИС. 16, следовательно, контур теплоносителя, по которому циркулирует восьмой теплоноситель, выполнен следующим образом: первый насос 81 →отводная часть 82 →клапан первый электрический трехходовой 83 →теплообменник первый 181 →клапан третий электрический трехходовой 88 →светотеплосборное устройство 2 → первый насос 81 .

В режиме аккумулирования тепла далее второй трехходовой электроклапан 84 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором сторона выхода теплоносителя светотеплосборника 2 и первая часть входа/выхода теплоносителя 182 a второго теплообменника 182 сообщаются друг с другом. Четвертый электрический трехходовой клапан 89 переключает контур теплоносителя на контур теплоносителя, в котором вторая часть входа/выхода теплоносителя 182 b второго теплообменника 182 и сторона входа теплоносителя светотеплосборного устройства 2 находятся на связи друг с другом.

Как показано пунктирными стрелками на РИС. 16, следовательно, контур теплоносителя, по которому циркулирует восьмой теплоноситель, выполнен следующим образом: первый насос 81 ответвительная часть 82 → второй электрический трехходовой клапан 84 → второй теплообменник 182 →клапан четвертый электрический трехходовой 89 →светотеплосборное устройство 2 → первый насос 81 .

Соответственно, гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B нагревается солнечным теплом, собранным в устройстве сбора света и тепла 2 , и таким образом разделяется на оксид кальция и водяной пар. Поэтому гидроксид кальция в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B регенерируется в оксид кальция. Таким образом можно сохранить солнечное тепло.

Тем временем водяной пар, образующийся в первом и втором реакционных сосудах 11 A, 11 B, поступает в конденсатор 3 через входные каналы конденсатора 31 A, 31 B. конденсатор 3 охлаждается и конденсируется наружным воздухом и удерживается в конденсаторе 3 :

Контейнер-накопитель 86 в настоящем варианте осуществления имеет объемную емкость, достаточную для размещения всего восьмого теплоносителя, существующего в части восьмой контур теплоносителя 80 закрывается первым электрическим трехходовым клапаном 83 и третьим электрическим трехходовым клапаном 88 , в режиме аккумулирования тепла. Следовательно, в режиме аккумулирования тепла восьмой теплоноситель, существующий в замкнутой части контура, сохраняется в контейнере-накопителе 86 , и состояние, в котором первый теплообменник 181 является третьим теплообменником 183 , не заполнен. с восьмым теплоносителем. Следовательно, эффективность работы химического аккумулятора тепла может быть повышена.

Далее будет описана работа в режиме поддержания аккумулирования тепла. Режим поддержания аккумулирования тепла осуществляется после режима аккумулирования тепла.

Режим поддержания аккумулирования тепла отличается от режима аккумулирования тепла только тем, что вторые двухпозиционные клапаны 32 A, 32 B полностью закрыты. Остальные запорные клапаны и насосы настраиваются на те же условия, что и в режиме аккумулирования тепла. Следовательно, оксид кальция и вода пространственно изолированы друг от друга, и, таким образом, может поддерживаться состояние накопления тепла.

В это время полностью открыты третьи запорные клапаны 36 A, 36 B и работает водяной насос 35 . Таким образом, вода, оставшаяся в конденсаторе 3 , может быть возвращена в первый и второй контейнеры 12 A, 12 B через выпускной канал конденсатора 33 . После того, как вода, оставшаяся в конденсаторе 3 , вся возвращается в первую и вторую емкости 12 А, 12 Б, третья запорная арматура 36 A, 36 B полностью закрыты, а водяной насос 35 остановлен.

Указанный выше этап возврата воды, удерживаемой в конденсаторе 3 , в первую и вторую емкости 12 А, 12 Б может осуществляться не только в режиме поддержания тепла, но и в режиме поддержания тепла. режим выпуска и режим накопления тепла.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления количество теплообменников в каждом из первого и второго реакционных сосудов 11 A, 11 B могут быть сокращены до одного и, таким образом, при простой конфигурации могут быть получены те же преимущества, что и в первом варианте осуществления.

Другие варианты осуществления

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными примерными вариантами осуществления, но может быть реализовано различными другими способами без отклонения от сущности изобретения. Например, настоящее изобретение может быть реализовано следующими способами:

(1) В вышеописанных вариантах осуществления солнечное тепло в качестве примера используется в качестве внешнего тепла и тепловой машины 9.1049 6 используется в качестве объекта для обогрева. В качестве другого примера, в качестве внешнего тепла может быть использовано тепло отработавших газов с завода или т. п., а в качестве нагреваемого объекта может использоваться термоэлектрический преобразователь или установка для риформинга.

(2) В вышеописанных вариантах осуществления теплоаккумуляторы 1 A, 1 B в качестве примера предусмотрены в два этапа. В качестве другого примера, блоки аккумулирования тепла могут быть предусмотрены в три или более ступеней.

(3) В описанных выше седьмом и девятом вариантах осуществления в качестве третьего реагента C используется, например, вода, а в качестве четвертого реагента D используется, например, оксид кальция. седьмой теплоноситель при температуре ниже температуры наружного воздуха может быть использован как комбинация третьего реагента С и четвертого реагента D.

Например, абсорбент, такой как цеолит, силикагель и активированный уголь, можно использовать в качестве четвертого реагента D, а воду, этанол или тому подобное можно использовать в качестве третьего реагента C. Галогенид (хлорид кальция , бромид стронция и т.п.) из щелочноземельного металла можно использовать в качестве четвертого реагента D, а аммиак можно использовать в качестве третьего реагента C.

(4) режиме, гидроксид кальция в четвертом реагенте корпуса 9 части1049 74 нагревается, например, первым теплоносителем, нагретым солнечным теплом. В качестве альтернативы можно использовать любой другой источник тепла, если он может подавать тепло при температуре, при которой гидроксид кальция может быть регенерирован в оксид кальция.

(5) В вышеописанных вариантах осуществления теплоноситель в качестве примера используется для термического соединения первого реакционного сосуда 11 A и второго контейнера 12 B друг с другом. В качестве альтернативы можно использовать теплопроводность или тому подобное с помощью тепловой трубы, расплавленной соли или твердого тела, такого как металл.

(6) В вышеописанных вариантах осуществления теплоноситель в качестве примера используется для термического соединения второго реакционного сосуда 11 B и нагреваемого объекта, такого как тепловой двигатель 6 и высокотемпературная часть 71 двигателя Стирлинга 71 , друг с другом. В качестве альтернативы можно использовать теплопередачу с помощью текучей среды, такой как газ, теплопередачу с помощью излучения, расплавленной соли и т.п.

Специалисты в данной области легко поймут дополнительные преимущества и модификации. Следовательно, изобретение в его более широком смысле не ограничено конкретными деталями, репрезентативным устройством и иллюстративными примерами, показанными и описанными.

Гидроаккумулятор с газом в качестве сжимаемой среды

Блок Gas-Charged Accumulator моделирует газонаполненный аккумулятор, состоящий из предварительно заряженной газовой камеры и жидкостной камеры. Жидкостная камера подключается к гидравлической системе. Камеры разделены диафрагмой, поршнем или чем-либо еще. своеобразная диафрагма.

Когда давление жидкости на входе в гидроаккумулятор становится больше, чем предварительная зарядка давление, жидкость поступает в аккумулятор и сжимает газ, накапливая гидравлическую энергию. А снижение давления жидкости вызывает декомпрессию газа и выброс хранящейся жидкости в систему.

При типовых операциях давление в газовой камере равно давлению в жидкостная камера. Однако, если давление на входе в аккумулятор падает ниже предзаряда давления газовая камера становится изолированной от системы. В этой ситуации жидкость камера пуста, а давление в газовой камере остается постоянным и равным предварительное давление. Давление на входе в гидроаккумулятор зависит от гидравлической системы. к которому подключен аккумулятор. Если давление на входе в гидроаккумулятор достигает давление предварительной зарядки или выше, жидкость снова поступает в аккумулятор.

Движение сепаратора между камерой для жидкости и камерой для газа ограничено два жестких упора, которые ограничивают расширение и сжатие объема жидкости. Объем жидкости ограничивается, когда камера для жидкости заполнена и когда камера для жидкости пуста. Трудно упоры моделируются с конечной жесткостью и демпфированием. Это означает, что возможно для объем жидкости становится отрицательным или превышает емкость жидкостной камеры, в зависимости от значения коэффициента жесткости жесткости и давления на входе в гидроаккумулятор.

На схеме изображен газонаполненный аккумулятор. Вертикальный разделитель делит сумму объем аккумулятора, V _T , в камеру жидкости на слева и газовая камера справа. Расстояние между левой стороной и разделитель определяет объем жидкости, V _F . Расстояние между правой стороной и сепаратором определяет объем газа, V _T – В _Ж . Емкость жидкостной камеры, В _С , меньше, чем общий объем аккумулятора, V _T , поэтому что объем газа никогда не становится равным нулю.

Блок моделирует жесткое контактное давление остановки с условием жесткости и условием демпфирования. Соотношение давления газа и объема газа между текущим состоянием и состояние предварительной зарядки определяется соотношением политропы, при этом давление уравновешивается в сепаратор

(pG+pA)(VT-VF)k=(ppr+pA)VTk

pF=pG+pHS

VC=VT-Vdead

pHS={KS(VF-VC)+KdqF+(VF-VC )if VF≥VCKSVF−KdqF−VFif VF≤00otherwise

qF+={qFif qF≥00otherwise

qF−={qFif qF≤00otherwise

where:

V T	Общий объем аккумулятора, включая камеру для жидкости и газа камера
В F	Volume of fluid in the accumulator
V init	Initial volume of fluid in the accumulator
V C	Fluid chamber capacity, which is the difference между общим объемом аккумулятора и мертвый объем газовой камеры
V мертвый	мертвый объем газовой камеры, который представляет собой небольшую часть оставшейся газовой камеры заполняется газом, когда жидкостная камера находится на уровне
p F	Давление жидкости (манометр) в жидкостной камере, равное давлению при the accumulator inlet
p pr	Pressure (gauge) in the gas chamber when the fluid chamber is empty
p A	Atmospheric pressure
p G	Давление газа (манометр) в газовой камере
p HS	Hard-stop contact pressure
K s	Hard-stop stiffness coefficient
K d	Hard-stop damping коэффициент
k	Коэффициент удельной теплоемкости (показатель адиабаты)
q F	F	Жидкость поступает в аккумулятор, если скорость потока положительна. аккумулятор

Расход в аккумулятор равен скорости изменения объема жидкости:

qF=dVFdt.

При t = 0 начальное условие V _F = V _init , где V _init — это значение, которое вы назначьте параметру Начальный объем жидкости .

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных блока перед моделированием, используйте Initial Targets раздел в диалоговом окне блока или Инспектор имущества. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Задания и Начальную Цель для Переменных Блока.

Номинальные значения позволяют указать ожидаемую величину переменной в модели. Использование масштабирования системы на основе номинальных значений повышает надежность моделирования. Номинальный значения могут поступать из разных источников, одним из которых является номинальное значение .